Исследование, разработка и внедрение новых металлургических процессов производства заготовок из жаропрочных никелевых сплавов для авиационного моторостроения

В ускорении научно-технического прогресса, при производстве авиационной техники важное место принадлежит созданию эффективных технологических процессов и совершенствованию действующих.

Одним из главных направлений в этой работе является повышение технического уровня производства, интенсификация его, которая состоит прежде всего в том, чтобы результаты производства росли быстрее, чем затраты на него, постоянно повышалась бы фондоотдача. 3а, счет широкого внедрения прогрессивных технологических процессов, высокопроизводительного современного оборудования, комплексной механизации и автоматизации производства. /I/ должны обеспечиваться существенная экономия конструкционных материалов, сокращение трудоемкости обработки заготовок, повышение 'эксплуатационных характеристик и надежности.

Предприятиями авиационной промышленности в последние годы разрабатывались комплексные долгосрочные программы экономии металлов, которые предусматривали дальнейшее снижение металлоемкости изделий на стадии их создания, сокращение расходов металла при изготовлений продукции, техническое перевооружение производства., совершенствование системы нормирования расхода, металла и др. /2/.

Создание новых авиационных двигателей требует внедрения высокожаропрочных материалов для тяжелонагруженных по температуре и напряжениям деталей ГТД — турбинных дисков.

Разработанные в последние года новые сплавы — ЭП741, ЭП962, rj.

ЭК-79 и ЭП975 практически не удается деформировать молотовой штамповкой в связи с их высоким уровнем легирования и низкой пластичностью при температурах обработки /3, 4/.

Работы по получению изделий из этих и других сплавов являются сверх актуальным и развиваются в настоящее время по двум направлениям:

— металлургии гранул /5/, основанной на распылении жидких сплавов, и их затвердевании с большой скоростью в виде гранул с последующим компактированием в заготовки;

— горячему объемному деформированию металла, полученного высококачественными методами индукционной и дуговой плавки.

Это направление, основанное на результатах работ, проведенных Ступинским металлургическим комбинатом, ВИАМом, ВМС ом в последние годы (впервые крупногабаритные диски из высокожаропрочного сплава ЭП742 были обработаны на гидравлическом прессе усилием 30 000 т. е. (294 МН) на СМК в 1979 году под руководством автора), показало большие возможности совершенствования действующей технологии, а также интенсификации в целом производства деформированных заготовок посредством изыскания и применения прогрессивных технологических решений.

До этого работы по горячей деформации сре/^них и крупных дисков на гидравлических прессах не осуществлялись из-за невозможности обеспечить стойкость штампового инструмента в течение времени деформации при высоких температурах.

Работы, проведенные автором с сотрудниками по исследованию физико-химических свойств волокнистых еверхтеплоизоляторов при воздействии на них высоких температур и удельных усилии, выявление границ структурных превращений позволили обосновать целесообразность их широкого применения в технологических процессах обработки металлов давлением.

В диссертации изложены новые технические решения, обеспечивающие на этой основе защиту штампового инструмента от воздействия высоких температур и создание изотермических условия деформации .

Теоретическое обоснование схемы деформации гранулированных материалов с использованием в качестве среды, передающей давление, пластичной металлической оболочки позволило эффективно сочетать элементы технологии металлургии гранул и горячего объемного деформирования и создать новый технологический процесс — горячую изостатическую штамповку (ГШ) дисков сложной геометрии из гранул жаропрочных никелевых сплавов путем компактирования кратковременным приложением высоких давлений к капсулам направленной деформации в штампах на мощных гидравлических прессах.

При осуществлении этих процессов достигнуты важные экономические показатели — повышение коэффициента использования металла, экономия дорогостоящих элементов — никеля, кобальта, хрома, вольфрама и других, повышение служебных характеристик турбинных дисков.

В данной работе на основе выполненных исследований осуществляется теоретическое обобщение основных закономерностей процессов горячего деформирования жаропрочных никелевых сплавов, что позволило разработать и внедрить в промышленность новые металлургические процессы производства заготовок для авиационного моторостроения.

Экспериментальные исследования и разработку методик их выполнения автор проводил совместно с сотрудниками Ступинского металлургического комбината, ВИАМа и БИЛСа: т.т. Юшкиным М. П., Ятвецким А. Ю., Гороховым В. П., Морозовым В. А., Кольцовым А. Т., Карповым В. Б., Юткиным Ю. Ф., Каковиным В. М., Куликовым А. Ф., Ломбергом Б. С., Герасимовым Д. Е., Маркиной Л. С., Анош-киным Н.Ф., Самаровым В.-Н, Краттом Е. П. и др.

В диссертации использованы также материалы работ, выполненных автором с сотрудниками комбината и других предприятий. Во всех работах, выполненных совместно с другими исследователями автор участвовал в формулировке целей, определении способов их достижения, выполнении и обсуждении экспериментов, оценке достоверности полученных результатов и путей их дальнейшего использования.

В работах по внедрению результатов диссертации на предприятии автор принимал непосредственное участие, а также разрабатывал, утверждал и контролировал организационно-технические мероприятия, содержащие диссертационные разработки.

На защиту выносятся следующие основные положения, характеризующие научную новизну диссертационной работы:

— теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности обеспечения изотермических условий деформации в штампах с использованием волокнистых теплоизолирующих материалов;

— способ изотермической штамповки — деформирование термостатированного объема металла с эффективным использованием тепла деформации в инструменте из существующих штамповых материалов и на действующем оборудовании;

— новый процесс компактирования гранулированных металлических материалов с использованием в качестве среды, передающем давление, пластичной металлической оболочки;

— методика использования труднодеформируемых алюминиевых сплавов типа АМгб в качестве модельных при деформации жаропрочных никелевых сплавов.

Авиационная промышленность принимает непосредственное участие в 20 научно-технических программах, разрабатываемых и реализуемых на различных предприятиях в последние годы. Одной из главных комплексных программ является: — создание новых материалов, технологий ж оборудования и экономия сырьевых ресурсов.

Решению важнейших задач этой программы посвящена настоящая работа.