В БелГУ разработали четыре способа изготовления лопаток газотурбинных двигателей

Учёные НИУ «БелГУ» запатентовали четыре способа изготовления лопаток газотурбинных двигателей, предназначенных для аэрокосмической промышленности. Предложенные разработчиками технологии обработки интерметаллидных сплавов на основе орторомбического алюминида титана Ti2AlNb во время испытаний показали высокий комплекс механических характеристик, продемонстрировав баланс прочности и пластичности.

Исследования проводились на базе лаборатории объемных наностуктурных материалов НИУ «БелГУ» под руководством заведующего лаборатории, доктора технических наук, профессора Геннадия Салищева. Работы велись в сотрудничестве с филиалом АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» «Научно-исследовательский институт технологии и организации производства двигателей».

Интерметаллидные сплавы на основе орторомбического алюминида титана отличаются высокими показателями удельной прочности и термической стабильности. Сочетание этих характеристик позволяет применять сплавы для деталей газотурбинных двигателей с рабочей температурой до 650°С. Однако добиться баланса прочности, пластичности и вязкости разрушения при комнатной и рабочих температурах сложно, и это сдерживает широкое применение этих сплавов.

Особенность сплавов на основе орторомбического алюминида титана в том, что в ходе кристаллизации формируются крупные зерна. Это затрудняет пластическую деформацию и не даёт реализовать весь потенциал материала. Применение к металлу по отдельности либо термической обработки, либо обработки давлением не позволяет добиться структуры, обеспечивающей высокий комплекс свойств и наиболее благоприятный комплекс механических характеристик.

Потенциал решения этой проблемы материаловеды НИУ «БелГУ» увидели в сочетании изотермической штамповки и термической обработки.

«Разработка нашей команды позволяет сформировать в заготовках лопаток необходимую структуру интерметаллидных сплавов на основе орторомбического алюминида титана. Эта технология отличается введением дополнительной операции — предварительной деформационно-термической обработки», — рассказал о новизне предложенного изобретения научный сотрудник лаборатории, кандидат технических наук Виталий Соколовский.

Разработчики применили изотермическую штамповку и двухстадийную термическую обработку сплавов. Отличительной особенностью предложенных способов является изотермическая штамповка заготовок лопаток при температурах более низких, чем применялись ранее. Таким образом возможно получать лопатки газотурбинных двигателей с высокими механическими свойствами.

«Мы применили новые режимы изотермической штамповки сплава. Такой подход позволяет получить структуру с регламентированными параметрами и фазовым составом, что в свою очередь обеспечивает высокий комплекс механических характеристик как при комнатной, так и при рабочих температурах сплава», – пояснил Виталий Сергеевич.

Инновационная технология обеспечивает сочетание высокой прочности и жаропрочности при достаточном уровне пластичности на растяжение при комнатной температуре, благодаря же более низким температурам деформации снижаются энергозатраты и трудоёмкость процесса. Ученые отмечают, что инновационные способы обработки позволяют применять в современных авиадвигателях более легкие материалы, обеспечивая их повышенные характеристики.