Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

О. В. Силина, доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов», канд. техн. наук, эл. почта: silina-olga@mail.ru

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия¹ ; АО «ОДК-Пермские моторы», Пермь, Россия²
И. А. Мансурова, аспирант кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов»¹, инженер-исследователь², эл. почта: makhmutova_ilvira@mail.ru

АО «ОДК-Пермские моторы», Пермь, Россия
Е. А. Богатырева, ведущий специалист-технолог, эл. почта: Bogatyreva-EA.pmz@mail.ru

АО «Новомет-Пермь», Пермь, Россия
Д. А. Князев, начальник технологического бюро, эл. почта: knyazevdanill@yandex.ru

Рабочие лопатки газотурбинного двигателя являются одним из основных элементов его конструкции. Для защиты их поверхности от эрозионного износа и высокотемпературной сульфидно-оксидной коррозии применяют диффузионное насыщение алюминием. Исследована структура, фазовый состав и свойства защитного слоя на лопатках из сплава ЖС6К. Изучен алитированный слой на новых изделиях, после их эксплуатации и по завершении восстановительного ремонта. Показано, что в процессе эксплуатации защитный слой лопатки газотурбинного двигателя истощается неравномерно. Происходит обеднение по легирующим элементам сплава зоны основного материала под покрытием, что влияет на свойства восстановленного алитированного слоя. Показано, что на новых лопатках и после восстановления защитного покрытия меняется строение алитированного слоя и характер распределения твердости по глубине. Выявлено, что на качество получаемого защитного покрытия оказывает значительное влияние предварительная подготовка поверхности. Проведены исследования влияния шероховатости, полученной в результате обработки полированием, гидроабразивной и пескоструйной обработками, на свойства восстановленного слоя. Для производства гидроабразивная предварительная обработка поверхности более предпочтительна в плане низкой себестоимости, высокой производительности и требованиям к помещению. Она позволяет избежать таких дефектов поверхностного слоя, как бугорки или ямки. Определено оптимальное давление в краскораспылителе при шликерном алитировании, позволяющее получить удовлетворительный слой. Перечисленные операции позволяют повысить качество защитных слоев на рабочих лопатках первой ступени газотурбинного двигателя при восстановительном ремонте.

1. Тамарин Ю. А. Жаростойкие термодиффузионные покрытия лопаток газотурбинных двигателей / под ред. Ф. Т. Туманова. — М. : Машиностроение, 1978. — 136 с.
2. Абрамов Н. В., Елисеев Ю. С. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. — М. : Интермет Инжиниринг, 2001. — 622 с.
3. ГОСТ Р 53863–2010. Воздушный транспорт. Система технического обслуживания и ремонта авиационной техники. — Введ. 01.01.2011.
4. Hosseini Y., Kermanpur A., Ashrafizadeh F. et al. Oxidation behavior of overlay NiCoCrAlY and diffusion aluminide coatings deposited on a directionally solidified nickel-based superalloy // Advances in Surface Engineering. 2023. Vol. 75. P. 64–75.
5. Орлов М. Р., Оспенникова О. Г., Карачевцев Ф. Н. Обеспечение качества поверхности рабочих лопаток турбины при нанесении защитных диффузионных покрытий // Металлург. 2013. № 2. С. 77–84.
6. Князев Д. А., Силина О. В. Анализ технологических дефектов защитных диффузионных покрытий, выявленных после работы лопаток в составе газотурбинного двигателя // Master’s Journal. [Электронный журнал – ПНИПУ]. 2019. № 1. С. 20–24.
7. Силина О. В., Князев Д. А. Исследование факторов, влияющих на получение качественного алитированного слоя при восстановительном ремонте рабочих лопаток первой ступени газотурбинного двигателя // 4-я Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в материаловедении и машиностроении – ИТММ-2019» (23–27 сент. 2019 г., Пермь). — Пермь, 2019. С. 243–246.
8. Добрынин Д. А., Алексеева М. С., Афанасьев-Ходыкин А. Н. Ремонт деталей горячего тракта газотурбинного двигателя из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У // Труды ВИАМ. 2021.№ 5. С. 3–13.
9. ОСТ 1-90126–85. Сплавы жаропрочные литейные. — Введ.01.04.1986.
10. РД 50-412–83. Методические указания. Надежность в технике, упрочнение деталей машин. Выбор режимов алитирования по долговечности. Общие требования. — Введ. 01.07.1984.
11. ГОСТ 2789–73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. — Введ. 01.01.1975.
12. ГОСТ 9378–75. Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия. — Введ. 01.01.1978. — Актуализ. 01.08.2013.
13. Панков В. П. Исследования сплавов и покрытий лопаток турбин газотурбинных двигателей в процессе эксплуатации // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 5. С. 36–40.
14. Химушин Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. — 2-е изд. — М. : Металлургия, 1969. — 752 с.
15. Косицын С. В. Сплавы и покрытия на основе моноалюминида никеля. — Екатеринбург : УрО РАН, 2008. — 376 с.
16. Shademani M., Sedaghat Ahangari Hossein Zadeh A., Rahimipour M. R. et al. Role of microstructure rejuvenation of ZHS32 superalloy on the characteristics of the applied aluminide coating // Emergent materials. 2023. Vol. 6. P. 1299–1307.
17. Симс Ч., Хагель В. Жаропрочные сплавы ; пер. с англ. / под ред. Е. М. Савицкого. — М. : Металлургия, 1976. — 568 с.
18. Guo L., He W., Chen W. et al. Progress on high-temperature protective coatings for aero-engines // Surface Science and Technology. 2023. Vol. 1. 6.
19. Chong Li, Xiaojing Xu, Saifu Wang, Vitus Mwinteribo Tabie et al. High-temperature oxidation and hot corrosion behavior of the Cr-modified aluminide coating obtained by a Thermal Diffusion process // Materials Research Express. 2019. Vol. 6. 8.
20. Никитин В. И. Коррозия и защита лопаток газовых турбин. — М : Машиностроение, 1987. — 271 с.
21. Patama Visuttipitukul, Nuntiya Limvanutpong, Panyawat Wangyao. Aluminizing of nickel-based super alloys grade IN 738 by powder liquid coating // Materials transactions. 2010. Vol. 51, Iss. 5. P. 982–987.
22. Barwinska I., Kopec M., Kukla D., Lazin’ska M., Sitek R. Effect of aluminizing on the fatigue and high–temperature corrosion resistance of Inconel 740 nickel alloy // JOM. 2023. Vol. 75, Iss. 5. P. 1–13.