category: Жаропрочные материалы
Ospennikova O.G.1
Анизотропия упругопластических характеристик жаропрочных никелевых сплавов – основа конструирования монокристаллических турбинных лопаток
доклад на конференции «Материалы и технологии нового поколения для перспективных изделий авиационной и космической техники», Москва, ВИАМ, 26 августа 2013 г.
Приведены результаты исследований разрушения монокристаллических рабочих лопаток турбины высокого давления в процессе эксплуатации газотурбинного двигателя. Выполнен анализ влияния азимутальной ориентации кристаллической решетки жаропрочного никелевого сплава на усталостное разрушение лопатки. Представлены результаты расчетов коэффициентов запаса статической прочности в критических зонах пера монокристаллических лопаток охлаждаемой и неохлаждаемой конструкции для различных аксиальных кристаллографических ориентаций сплава.
Подход, основанный на минимизации действующих напряжений сдвига в системах наилегчайшего скольжения сплава посредством регламентации кристаллографической ориентации монокристалла относительно системы координат лопатки, является эффективным инструментом для обеспечения требуемых запасов статической и динамической прочности при конструировании монокристаллических лопаток.
Подход, основанный на минимизации действующих напряжений сдвига в системах наилегчайшего скольжения сплава посредством регламентации кристаллографической ориентации монокристалла относительно системы координат лопатки, является эффективным инструментом для обеспечения требуемых запасов статической и динамической прочности при конструировании монокристаллических лопаток.
Keywords: монокристаллические жаропрочные никелевые сплавы, аксиальная и азимутальная ориентация, коэффициенты
ЛИТЕРАТУРА
1. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7 − 17.
2. Оспенникова О.Г. Стратегия развития жаропрочных сплавов и сталей специального назначения, защитных и теплозащитных покрытий // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 19 − 36.
3. Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Светлов И.Л., Демонис И.М. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 36 − 52.
4. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. Сплавы, технология, покрытия. – М.: МИСиС. 2001. 632 с.
5. Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Сурова В.А. Развитие процесса направленной кристаллизации лопаток ГТД из жаропрочных сплавов с монокристаллической и композиционной структурой // Авиационные материалы и технологии. 2012. №1. С. 3 – 8.
6. Шалин Р.Е., Светлов И.Л., Качанов Е.Б. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М.: Машиностроение, 1977, 336 с.
7. Орлов М.Р. К вопросу о диагностике повреждений лопаток газотурбинных двигателей // Нові матеріали і технології. 2004. № 2. С. 19 – 23.
8. Каблов Е.Н., Орлов М.Р., Оспенникова О.Г. Механизмы образования пористости в монокристаллических лопатках турбины и кинетика ее устранения при горячем изостатическом прессовании // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 117 – 129.
9. Орлов М.Р., Якимова М.С. Замедленное разрушение монокристаллических лопаток из жаропрочного сплава ЖС26-ВИ в процессе эксплуатации ГТУ //Газотурбинные технологии. 2011. № 8. С. 10 – 15.
10. Способ изготовления монокристаллической отливки рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя с заданными аксиальной и азимутальной ориентацией сплава: пат. 2329120. Рос. Федерация; опубл.: 20.07.2008.
11. Жеманюк П.Д., Рубель О.В., Яценко В.К., Орлов М.Р. Моделирование кристаллографической анизотропии длительной прочности монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Авиационно-космическая техника и технология. 1999. Вып. 9. С. 346 – 350.
12. Орлов М.Р., Рубель О.В. Ориентационная зависимость механических свойств, жаропрочности и усталостной прочности охлаждаемых рабочих лопаток турбины высокого давления из монокристаллического жаропрочного сплава / Авиационные технологии 21-го века: Сборник трудов 5-го Международного научно-технического симпозиума 17 – 22 августа 1999. г. Жуковский, Россия. С. 66 – 71.
13. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. – М.: Металлургия. 1979. 496 с.
14. Nitz A., Nembach E. Anisotropy of the critical resolved shear stress of a γ´(47 vol.%)-hardened nickel-base superalloy and its constituent γ- and γ´-single-phases //Materials Science and Engineering. 1997. № A234. P. 684 – 686.
15. Жеманюк П.Д., Яценко В.К., Рубель О.В., Орлов М.Р. Аналитическая оценка анизотропии напряженно-деформированного состояния монокристаллических лопаток турбины // Авиационно-космическая техника и технология. 2000. Вып. 19. С. 246 – 251.
16. Жеманюк П.Д., Яценко В.К., Рубель О.В., Орлов М.Р. Регламентация выбора КГО лопаток турбины, полученных методом направленной кристаллизации // Технологические системы. 2001. № 3(9). С. 46 – 50.
17. Жеманюк П.Д., Яценко В.К., Рубель О.В., Гарин О.Л., Лукьянов В.С. Выбор оптимальной КГО монокристаллических лопаток турбины по результатам оценки их напряженного состояния / Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций: Труды конференции «Ресурс 2000». Т 2. ИПМ НАН Украины. Киев. 2000. С. 787 – 793.
18. Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. – М.: Машиностроение. 1998. 464 с.
19. Биргер И.А., Шор Б.Ф. Термопрочность деталей машин. – М.: Машиностроение. 1975. – 455 с.
20. Zhang G., Yuan H., Li G. Analysis of creep-fatigue life prediction models for nickel-based super alloys // Computational Materials Science. 2012. N 57. P. 80 – 88.
21. Newman J.C. Jr., Annigeri B.S. Fatigue-Life Prediction Method Based on Small-Crack Theory in an engine Material // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. MARCH 2012. vol. 134. P. 032501-1 – 032501-8.
22. Newman J.C. Jr., Yamada Y. Compression precracking methods to generate near-threshold fatigue-crack-growth-rate data // International Journal of Fatigue. 2010. №32. P. 879 – 885.
23. Орлов М.Р., Колотников М.Е., Высотский А.В. Исследование кинетики усталостного разрушения диска турбины высокого давления из сплава ЭП742 // Деформация и разрушение материалов. 2013. №7. С. 7 – 15.
2. Оспенникова О.Г. Стратегия развития жаропрочных сплавов и сталей специального назначения, защитных и теплозащитных покрытий // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 19 − 36.
3. Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Светлов И.Л., Демонис И.М. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 36 − 52.
4. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. Сплавы, технология, покрытия. – М.: МИСиС. 2001. 632 с.
5. Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Сурова В.А. Развитие процесса направленной кристаллизации лопаток ГТД из жаропрочных сплавов с монокристаллической и композиционной структурой // Авиационные материалы и технологии. 2012. №1. С. 3 – 8.
6. Шалин Р.Е., Светлов И.Л., Качанов Е.Б. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М.: Машиностроение, 1977, 336 с.
7. Орлов М.Р. К вопросу о диагностике повреждений лопаток газотурбинных двигателей // Нові матеріали і технології. 2004. № 2. С. 19 – 23.
8. Каблов Е.Н., Орлов М.Р., Оспенникова О.Г. Механизмы образования пористости в монокристаллических лопатках турбины и кинетика ее устранения при горячем изостатическом прессовании // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 117 – 129.
9. Орлов М.Р., Якимова М.С. Замедленное разрушение монокристаллических лопаток из жаропрочного сплава ЖС26-ВИ в процессе эксплуатации ГТУ //Газотурбинные технологии. 2011. № 8. С. 10 – 15.
10. Способ изготовления монокристаллической отливки рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя с заданными аксиальной и азимутальной ориентацией сплава: пат. 2329120. Рос. Федерация; опубл.: 20.07.2008.
11. Жеманюк П.Д., Рубель О.В., Яценко В.К., Орлов М.Р. Моделирование кристаллографической анизотропии длительной прочности монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Авиационно-космическая техника и технология. 1999. Вып. 9. С. 346 – 350.
12. Орлов М.Р., Рубель О.В. Ориентационная зависимость механических свойств, жаропрочности и усталостной прочности охлаждаемых рабочих лопаток турбины высокого давления из монокристаллического жаропрочного сплава / Авиационные технологии 21-го века: Сборник трудов 5-го Международного научно-технического симпозиума 17 – 22 августа 1999. г. Жуковский, Россия. С. 66 – 71.
13. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. – М.: Металлургия. 1979. 496 с.
14. Nitz A., Nembach E. Anisotropy of the critical resolved shear stress of a γ´(47 vol.%)-hardened nickel-base superalloy and its constituent γ- and γ´-single-phases //Materials Science and Engineering. 1997. № A234. P. 684 – 686.
15. Жеманюк П.Д., Яценко В.К., Рубель О.В., Орлов М.Р. Аналитическая оценка анизотропии напряженно-деформированного состояния монокристаллических лопаток турбины // Авиационно-космическая техника и технология. 2000. Вып. 19. С. 246 – 251.
16. Жеманюк П.Д., Яценко В.К., Рубель О.В., Орлов М.Р. Регламентация выбора КГО лопаток турбины, полученных методом направленной кристаллизации // Технологические системы. 2001. № 3(9). С. 46 – 50.
17. Жеманюк П.Д., Яценко В.К., Рубель О.В., Гарин О.Л., Лукьянов В.С. Выбор оптимальной КГО монокристаллических лопаток турбины по результатам оценки их напряженного состояния / Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций: Труды конференции «Ресурс 2000». Т 2. ИПМ НАН Украины. Киев. 2000. С. 787 – 793.
18. Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. – М.: Машиностроение. 1998. 464 с.
19. Биргер И.А., Шор Б.Ф. Термопрочность деталей машин. – М.: Машиностроение. 1975. – 455 с.
20. Zhang G., Yuan H., Li G. Analysis of creep-fatigue life prediction models for nickel-based super alloys // Computational Materials Science. 2012. N 57. P. 80 – 88.
21. Newman J.C. Jr., Annigeri B.S. Fatigue-Life Prediction Method Based on Small-Crack Theory in an engine Material // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. MARCH 2012. vol. 134. P. 032501-1 – 032501-8.
22. Newman J.C. Jr., Yamada Y. Compression precracking methods to generate near-threshold fatigue-crack-growth-rate data // International Journal of Fatigue. 2010. №32. P. 879 – 885.
23. Орлов М.Р., Колотников М.Е., Высотский А.В. Исследование кинетики усталостного разрушения диска турбины высокого давления из сплава ЭП742 // Деформация и разрушение материалов. 2013. №7. С. 7 – 15.
Вы можете оставить комментарий к статье. Для этого необходимо зарегистрироваться на сайте.
