Повышение жаропрочности и ресурса деталей двигателей является одной из ключевых задач современного материаловедения и двигателестроения. Решение этой задачи требует не только разработки более жаропрочных сплавов, но и повышения качества металла, а также совершенствования технологий изготовления деталей.
Для увеличения ресурса необходимо учитывать длительную прочность, ползучесть и усталостную стойкость материалов в зависимости от рабочих температур и расчетного срока службы.
Влияние температуры и времени на прочность
С течением времени прочность деталей из титановых сплавов, работающих под нагрузкой при повышенных температурах, постепенно снижается. Это характерно для изделий из титановых листов, труб и прутков марок ВТ6 (Grade 5), ВТ9, ВТ1-0 (Grade 2), ВТ1-00 (Grade 1), Grade 9 и других сплавов, применяемых в ответственных узлах.
Чем выше температура эксплуатации, тем быстрее уменьшается длительная прочность и, соответственно, запас прочности деталей. Увеличение ресурса также связано с ростом числа циклов запуска и остановки, что требует учета усталостных характеристик материалов при циклическом нагружении.
Роль технологии изготовления
Существенное влияние на ресурс оказывает технология изготовления деталей. Наличие остаточных растягивающих напряжений может снижать усталостную прочность в 2–3 раза. Поэтому совершенствование методов термической и механической обработки, позволяющих минимизировать остаточные напряжения, является важным фактором повышения долговечности.
Дополнительным негативным фактором является фреттинг-коррозия, возникающая при микроперемещениях и трении сопрягаемых поверхностей. Она существенно снижает усталостную прочность, что требует применения специальных мер по повышению фрикционных свойств и ресурса деталей (металлизация, специальные смазки типа ВАП и другие методы).
Поверхностное упрочнение и термообработка
Использование методов поверхностного упрочнения, таких как наклеп, позволяет создать в поверхностном слое сжимающие напряжения и повысить твердость материала. Это приводит к увеличению прочности и долговечности деталей, особенно их усталостной стойкости.
В отечественной практике титановые сплавы для деталей компрессоров начали применяться с 1957 года, первоначально в ограниченных объемах и преимущественно в двигателях военного назначения с ресурсом 100–200 часов.
Рост ресурса и современные требования
В последние годы значительно расширилось применение титановых сплавов в компрессорах авиадвигателей гражданской авиации длительного ресурса. При этом возникла необходимость обеспечения надежной работы деталей в течение 2000 часов и более, что потребовало комплексного подхода к повышению ресурса.
Увеличение ресурса деталей из титановых сплавов, в том числе поставляемых ТПК «Вариант», достигается за счет совокупности технических и технологических решений.
-
повышения чистоты металла и снижения содержания вредных примесей;
-
совершенствования технологии изготовления полуфабрикатов для получения более однородной структуры;
-
применения упрочняющих режимов термической и термомеханической обработки;
-
рационального легирования при разработке более жаропрочных сплавов;
-
использования стабилизирующего отжига деталей;
-
применения методов поверхностного упрочнения.
Раздел: Применение титановых сплавов.
