Е.Н. Каблов1
ПРЕДИСЛОВИЕ
Архив журнала
Авиационные материалы и технологии №S, 2017
О.Г. Оспенникова1
ИТОГИ РЕАЛИЗАЦИИ СТРАТЕГИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ ПО СОЗДАНИЮ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ЖАРОПРОЧНЫХ ЛИТЕЙНЫХ И ДЕФОРМИРУЕМЫХ СПЛАВОВ И СТАЛЕЙ ЗА 2012-2016 гг
Рассмотрены основные достижения за последние пять лет научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, выполненных во ФГУП «ВИАМ» в 2012-2016 гг. в области создания нового поколения жаропрочных литейных и деформируемых сплавов и сталей. Работы выполнены в рамках реализации комплексных научных направлений: 3. «Компьютерные методы моделирования структуры и свойств материалов при их создании и работе в конструкции», 7. «Интерметаллидные материалы», 9. «Монокристаллические, жаропрочные суперсплавы, естественные композиты», 10. «Энергоэффективные, ресурсосберегающие и аддитивные технологии получения деталей, полуфабрикатов и конструкций» и 17. «Комплексная антикоррозионная защита, упрочняющие, износостойкие защитные и теплозащитные покрытия» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
Е.Н. Каблов1, Ю.А. Бондаренко1, А.Б. Ечин1
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЛИТЕЙНЫХ ВЫСОКОЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ С ПЕРЕМЕННЫМ УПРАВЛЯЕМЫМ ТЕМПЕРАТУРНЫМ ГРАДИЕНТОМ
Показаны этапы развития процесса направленной кристаллизации лопаток ГТД из жаропрочных сплавов во ФГУП «ВИАМ». Представлено исследование условий направленной кристаллизации с переменным управляемым градиентом. Установлены факторы, влияющие на температурный градиент на фронте роста. Подтверждено положительное влияние температурного градиента на формирование однородной тонкодендритной структуры (l<200 мкм) с низкой пористостью (Vп<0,05%), уменьшение дендритной ликвации на рост прочностных характеристик жаропрочных сплавов. Приведены результаты исследований по направленной кристаллизации высокотемпературных эвтектических сплавов системы «ниобий-кремний». Работа выполнена в рамках реализации комплексного направления 9.5. «Направленная кристаллизация (с переменным управляемым градиентом) высокотемпературных жаропрочных сплавов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года») [1] и направлена на создание концепта «Перспективный двигатель» с соотношением тяги к массе 20:1.
С.А. Мубояджян1, С.А. Будиновский1
ИОННО-ПЛАЗМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ: ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ, ПОКРЫТИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ
Рассмотрены направления развития авиационного двигателестроения и показано, что создание перспективных ГТД возможно при использовании конструкционных материалов, защитных и упрочняющих покрытий с повышенными характеристиками и новых прогрессивных ионно-плазменных технологий, а также оборудования для их получения. Приведены некоторые характеристики вновь созданных защитных, теплозащитных, упрочняющих, износостойких и демпфирующих покрытий для деталей авиационных ГТД.
Е.Н. Каблов1, В.В. Сидоров1, Д.Е. Каблов1, П.Г. Мин1
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫСОКОГО КАЧЕСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЖАРОПРОЧНЫХНИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
Для получения бездефектных монокристаллических отливок из высокожаропрочных сплавов необходимо обеспечить в них ультранизкий уровень таких примесных элементов, как сера, фосфор, кислород, азот, углерод, цветные металлы. В результате проведенных термодинамических расчетов и выполненных научно-исследовательских работ определены условия эффективного удаления из расплава указанных примесей различными способами: управлением температурой и продолжительностью рафинирования расплава, введением высокоактивных добавок РЗМ, применением пенокерамических фильтров для осаждения соединений примесей с рафинирующими добавками. В результате получены монокристаллы с ультранизким содержанием азота (<0,001%), кислорода (<0,001%), серы (<0,0005%), фосфора (<0,005%), углерода (<0,005%), свинца (<0,00001%), с повышенными параметрами жаростойкости покрытия при 1150°С, малоцикловой усталости при 900°С и длительной прочности при 1000°С на базе 500-1000 ч. Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 10.1. «Ресурсосберегающие технологии выплавки перспективных литейных и деформируемых супержаропрочных сплавов с учетом переработки всех видов отходов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
Н.В. Петрушин1, О.Г. Оспенникова1, И.Л. Светлов1
МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ЖАРОПРОЧНЫЕ НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ ДЛЯ ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГТД
Представлен анализ современных монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов первого-пятого поколений для турбинных лопаток ГТД, включая их химический состав, структурно-фазовые характеристики и механические свойства. Определены температурно-ориентационные зависимости модуля упругости, предела прочности, предела текучести, пластичности, длительной прочности, малоцикловой и многоцикловой усталости монокристаллов с кристаллографическими ориентациями <001>, <011>, <111> из перспективных жаропрочных никелевых сплавов: рений-рутенийсодержащего сплава 5-го поколения ВЖМ8, ренийсодержащего сплава третьего поколения с низкой плотностью ВЖМ7 и интерметаллидного сплава ВИН3. Изучено влияние горячего изостатического прессования на механические свойства литейных жаропрочных никелевых сплавов. Обозначены перспективные пути повышения эффективности воздушного охлаждения турбинных лопаток и разработки in situ композитов на основе ниобия, упрочненных силицидами ниобия.
О.А. Базылева1, О.Г. Оспенникова1, Э.Г. Аргинбаева1, Е.Ю. Летникова1, А.В. Шестаков1
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ
Представлены результаты исследований по созданию литейных жаропрочных сплавов на основе алюминидов никеля и разработке технологий изготовления полуфабрикатов из этих материалов, включая селективный лазерный синтез. Рассмотрено влияние технологических параметров направленной кристаллизации: скорости и температурного градиента на фронте кристаллизации на микроструктуру, структурно-фазовые показатели и механические свойства интерметаллидных сплавов на основе алюминида никеля. Показана возможность улучшения жаростойкости и увеличения времени до разрушения интерметаллидного никелевого сплава при температуре 1200°С благодаря микролегированию РЗМ.
Б.С. Ломберг1, С.В. Овсепян1, М.М. Бакрадзе1, М.Н. Летников1, И.С. Мазалов1
ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ ДЕФОРМИРУЕМЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Представлены результаты работ, направленных на внедрение новых никелевых жаропрочных деформируемых сплавов, созданных во ФГУП «ВИАМ», в производство перспективных российских газотурбинных двигателей. Исследования в области материаловедения и технологий производства обеспечили промышленное изготовление крупногабаритных заготовок деталей из сплава ВЖ175-ИД с повышенными эксплуатационными свойствами. Разработаны технологии, обеспечивающие применение новых конструктивных решений для узлов ротора ГТД - заготовок рабочего колеса турбины, роторов конструкции типа «блиск» из сплава ЭП975-ИД с паяным соединением лопаток. Впервые из никелевого жаропрочного сплава ВЖ172 изготовлены сварные конструкции роторов компрессора высокого давления и турбины. Для жаровой трубы камеры сгорания перспективного вертолетного двигателя опробован сплав ВЖ171, упрочняемый внутренним азотированием.
В.И. Лукин1, В.Г. Ковальчук1, Е.Н. Иода1
СВАРКА ПЛАВЛЕНИЕМ - ОСНОВА СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Сварка является наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных к оптимальной по геометрической форме готовой детали или конструкции. Во многих случаях технологии сварки являются единственно возможными или наиболее эффективными способами создания неразъемных соединений конструкционных материалов, позволяющими снизить трудоемкость изготовления, повысить коэффициент использования материала, снизить энергоемкость готовых изделий. Сварка плавлением - аргоно-дуговая, электронно-лучевая, точечная контактная, лазерная, гибридная - в настоящее время является основой сварочного производства. Представлены основные результаты исследований в области разработки технологий сварки никелевых, титановых, алюминиевых сплавов и сталей. Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 10.8. «Технологии сварки плавлением конструкционных материалов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
О.Г. Оспенникова1, В.И. Лукин1, А.Н. Афанасьев-Ходыкин1, И.А. Галушка1, О.В. Шевченко1
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ
Рассмотрены преимущества технологий высокотемпературной пайки при изготовлении деталей и узлов современных ГТД. Приведены результаты исследований в области технологий получения порошков никелевых жаропрочных припоев методом газоструйного распыления. Разработаны составы и технологии изготовления новых отечественных полуфабрикатов недеформируемых припоев - лент и паст порошковых припоев на органическом связующем. Представлены результаты работ по исследованию и разработке технологии пайки никелевых жаропрочных сплавов в разноименном сочетании применительно к перспективной конструкции типа «блиск» рабочего колеса ГТД, изготовленного с применением неразъемных соединений. Приведены результаты работ по разработке технологии получения неразъемных соединений методом пайки интерметаллидных никелевых жаропрочных сплавов типа ВКНА и ВИН в одноименном сочетании применительно к деталям и узлам горячего тракта ГТД.
В.И. Громов1, Н.М. Вознесенская1, Н.Г. Покровская1, О.А. Тонышева2
ВЫСОКОПРОЧНЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ И КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СТАЛИ ФГУП «ВИАМ» ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Передовыми отечественными и зарубежными научными и производственными предприятиями и организациями проводятся исследования по разработке новых и совершенствованию серийно выпускаемых высокопрочных сталей, направленные на повышение прочности, вязкости, коррозионной стойкости. При этом особое внимание уделяется снижению стоимости производимых полуфабрикатов и повышению технологичности при изготовлении деталей. В настоящее время основные усилия разработчиков новых сталей направлены на решение следующих задач: - создание новых высокопрочных конструкционных сталей, том числе упрочняемых вакуумной и ионно-вакуумной химико-термической обработкой, позволяющих повысить характеристики выносливости и прочности материалов; - создание высокопрочных коррозионностойких свариваемых сталей, в том числе со сверхравновесным содержанием азота, обладающих высокими значениями прочности, вязкости и выносливости.
М.М. Бакрадзе1, А.В. Скугорев1, В.В. Кучеряев1, М.В. Бубнов1
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ КАК ИНСТРУМЕНТ РАЗРАБОТКИ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В статье показан опыт использования во ФГУП «ВИАМ» современных методов компьютерного моделирования при разработке технологий получения штамповок из труднодеформируемых жаропрочных никелевых сплавов. Представлены результаты компьютерного моделирования процесса изотермической штамповки на воздухе, широко используемого в собственном производстве ФГУП «ВИАМ» для получения заготовок дисков турбин малогабаритных газотурбинных двигателей и установок. Показан опыт использования компьютерного моделирования при разработке технологий штамповки крупногабаритных заготовок сложной формы типа «диск-вал», реализуемых на крупных металлургических предприятиях - АО «Металлургический завод «Электросталь» и АО «Ступинская металлургическая компания» (АО «СМК»). Использование компьютерного моделирования позволило увеличить коэффициент использования металла (КИМ) на 10-30% за счет снижения массы штамповки, в некоторых случаях удалось сократить число технологических операций штамповки и тем самым оптимизировать технологию производства штамповок, снизить затраты на прямые эксперименты.
В.В. Антипов1
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ, МАГНИЕВЫХ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Представлены основные направления развития в области алюминиевых деформируемых сплавов для авиационно-космической техники. Рассмотрены сплавы нового поколения с усовершенствованным химическим составом, технологиями изготовления и термомеханической обработки полуфабрикатов. Приведены результаты выполнения работ по разработке новых высокопрочных и высокоресурсных алюминиевых сплавов. Показаны изыскания, направленные на расширение номенклатуры и областей применения существующих сплавов. Разработаны технологии изотермической штамповки, изготовления сварной прессованной панели крыла из высокопрочного алюминий-литиевого сплава. Разработана технология изготовления холоднодеформированных тонкостенных труб из высокотехнологичного сплава для гидравлических систем и систем кондиционирования воздуха взамен сплавов группы АМг, а также с целью импортозамещения аналогичных конструкций из сплава 6061. Осваивается технология изготовления широких (до 3,2 м) обшивочных листов. Ведутся работы, направленные на разработку нового алюминиевого сплава на основе системы Al-Mg-(Si), для получения металлопорошковых композиций, применяющихся для изготовления деталей с использованием селективного лазерного синтеза.
В.В. Антипов1, Ю.Ю. Клочкова1, В.А. Романенко1
СОВРЕМЕННЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ И АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫЕ СПЛАВЫ
Представлены основные направления развития в области перспективных алюминиевых деформируемых сплавов для авиационно-космической техники. Рассмотрены серийные сплавы и сплавы нового поколения с усовершенствованными химическим составом, технологиями изготовления и термомеханической обработки полуфабрикатов.
В.В. Антипов1, Н.Ю. Серебренникова1, В.В. Шестов1, В.В. Сидельников1
СЛОИСТЫЕ ГИБРИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЛИСТОВ ИЗ АЛЮМИНИЙ-ЛИТИЕВЫХ СПЛАВОВ
Появление металлополимерных слоистых материалов - логический шаг в развитии идеи, технологии и опыта широкого применения клееных слоистых материалов и конструкций, обладающих повышенной живучестью и надежностью. Такие материалы являются новым семейством конструкционных гибридных листовых материалов, предназначенных для использования в элементах летательных аппаратов. Металлополимерные материалы включают тонкие металлические листы и промежуточные тонкие слои полимерных композитов, состоящих из термореактивных или термопластичных связующих с высокопрочными армирующими волокнами. Уникальный комплекс характеристик слоистых металлополимеров (высокая трещиностойкость и удельная статическая прочность, хорошие выносливость, коррозионные и ударные свойства, повышенная пожаростойкость) по сравнению с монолитными алюминиевыми листами делает этот материал перспективным для будущих поколений авиационных конструкций.
В.А. Дуюнова1, Е.Ф. Волкова1, З.П. Уридия1, А.В. Трапезников1
ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ МАГНИЕВЫХ И ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
Изложены результаты исследования и разработки перспективных сплавов и технологий их изготовления: - среднегабаритных поковок из нового жаропрочного магниевого сплава ВМД16; рассмотрены особенности структуры, фазового состава; показаны преимущества поковок из сплава ВМД16 по уровню основных характеристик по сравнению с поковками из сплавов-аналогов; - фасонных отливок из современных литейных алюминиевых (ВАЛ20, АЛ4МС) и магниевых (ВМЛ18, ВМЛ20) сплавов, полученных литьем в разовые формы из холоднотвердеющих смесей (ХТС) и формы, изготовленные трехмерной печатью, для деталей системы рулевого управления, внутреннего набора и агрегатов перспективных самолетов и вертолетов; - нового жаропрочного литейного магниевого сплава ВМЛ25 системы Mg-РЗМ-Zr с повышенным пределом прочности при температурах эксплуатации от 20 до 250°С. Работы выполнены в рамках реализации комплексных научных направлений 8.4. «Высокопрочные коррозионностойкие свариваемые магниевые и литейные алюминиевые сплавы для изделий авиакосмической техники нового поколения» и 10.10. «Энергоэффективные, ресурсосберегающие и аддитивные технологии изготовления деформированных полуфабрикатов и фасонных отливок из магниевых и алюминиевых сплавов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
С.С. Виноградов1, А.А. Никифоров1, С.А. Демин1, Д.В. Чесноков1
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Разработанные во ФГУП «ВИАМ» гальванотермическое (толщиной 6-12 мкм) и неорганическое композиционное (толщиной 45-60 мкм) покрытия для защиты от коррозии углеродистых сталей по защитной способности существенно превышают все известные покрытия анодного типа и впервые сравнялись по свойствам с кадмиевыми покрытиями: более 8000 ч в камере солевого тумана, что в несколько раз больше запланированных значений в стратегических направлениях на 2016 г. Разработанная во ФГУП «ВИАМ» технология удаления продуктов коррозии неорганического композиционного покрытия и стальной основы, а также местного нанесения этого покрытия позволяет восстанавливать антикоррозионное покрытие без демонтажа деталей и в «полевых» условиях, что 1,5 раза увеличивает календарный срок эксплуатации стальных деталей. Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 17.2. «Шликерные, газодинамические и комбинированные покрытия для деталей из углеродистых сталей, в том числе высокопрочных» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
Д.В. Гращенков1
СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕПЛОЗАЩИТЫ
Проведен анализ развития науки и технологий за рубежом. Показано, что для создания сложных технических систем различного назначения, в том числе нового поколения изделий авиационной и космической техники, двигательных и энергетических установок, в области материаловедения активно проводятся разработки металлических, керамических и металлокерамических композиционных материалов, а также функциональных теплозащитных, теплоизоляционных материалов и волокнистых компонентов на основе тугоплавких соединений и технологий их переработки. Приведены результаты разработок ФГУП «ВИАМ» в этой области материаловедения.
Ю.А. Ивахненко1, Б.В. Баруздин1, Н.М. Варрик1, В.Г. Максимов1
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
В настоящее время одним из востребованных типов материалов являются уплотнительные материалы для работы при высоких температурах. Представлены материалы для высокотемпературных уплотнений, разработанные как за рубежом, так и в России - в частности во ФГУП «ВИАМ». Рассмотрены свойства материалов, методы их получения и области применения.
Д.В. Гращенков1, М.Л. Ваганова1, Н.Е. Щеголева1, А.С. Чайникова1, Ю.Е. Лебедева1
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ БАРИЙАЛЮМОСИЛИКАТНОГО СОСТАВА, ПОЛУЧЕННЫЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗА, И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ЕГО ОСНОВЕ
Повышенные рабочие температуры, воздействие агрессивных сред и динамических нагрузок - это одни из самых жестких условий эксплуатации современных материалов, применяемых в двигателе- и машиностроении, авиационной и космической технике, энергетике. Стеклокристаллические, стеклокерамические и керамические материалы термодинамически стабильны, обладают высокой коррозионной устойчивостью, низкими значениями температурного коэффициента линейного расширения и являются перспективными для применения в широких областях промышленности. Однако из-за высокой хрупкости данные материалы плохо работают при воздействии механических нагрузок. Одним из решений данной проблемы является создание композиционных материалов, армированных разными типами волокон, определяющими уровень механических свойств готового материала. Стеклокристаллические материалы алюмосиликатных систем SiO2-Al2O3-RO (RO: MgO, SrO, BaO и их комбинации) являются перспективными при создании высокотемпературных композиционных материалов, поскольку доминирующие кристаллические фазы, выделяющиеся при термообработке, имеют высокие температуры плавления. Но получение данного класса материала по традиционным стекольной или керамической технологиям связано с применением высоких температур (˃1600°С). Этого недостатка лишены низкотемпературные методы получения материалов, например, получивший широкое применение золь-гель синтез, главными преимуществами которого являются снижение температуры синтеза и возможность получения материала заданного фазового состава. В данной статье рассматриваются вопросы получения стеклокристаллического материала барийалюмосиликатного состава с применением золь-гель синтеза, показаны результаты исследования процессов гелеобразования, структурных превращений на всех этапах перехода «золь → гель → кристаллическая фаза». Показана перспективность применения стеклокристаллического материала барийалюмосиликатного состава в качестве матрицы высокотемпературных композиционных материалов, армированных оксидными и неоксидными непрерывными волокнами .
М.Л. Ваганова1, О.Ю. Сорокин1, И.В. Осин1
СОЕДИНЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ИСКРОВОГО ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ
Изучена возможность соединения карбидокремниевой керамики методом искрового плазменного спекания. Показано, что увеличение температуры процесса SPS/FAST и добавка порошков SiC и B в базовый состав композиции для соединения (С+Si) позволяет значительно улучшить однородность шва соединения и повысить термостойкость паяной конструкции. Установлено, что введение добавки бора в состав композиции для соединения позволяет свести к нулю содержание свободного кремния, что недостижимо при его отсутствии в составе композиции. Работа выполнена в рамках реализации комплексного направления 14.2. «Новые технологии получения сверхвысокотемпературных керамических композиционных материалов и покрытий» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
Д.В. Гращенков1, И.Ю. Ефимочкин1, А.Н. Большакова1
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ МЕТАЛЛОМАТРИЧНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, АРМИРОВАННЫЕ ЧАСТИЦАМИ И ВОЛОКНАМИ ТУГОПЛАВКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Приведены результаты, полученные в рамках реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» (направление 12. «Металломатричные и полиматричные композиционные материалы») [1], по разработке металлических композиционных материалов (МКМ) на основе матриц Mo, Nb, Fe, Ni, армированных частицами и волокнами тугоплавких соединений. Для волокон тугоплавких соединений, используемых для армирования металлических композиционных материалов, представлены варианты барьерных покрытий и предложены способы их нанесения. Для металлических композиционных материалов, упрочненных частицами тугоплавких соединений, представлена технология сфероидизации композиционных гранул в потоке термической плазмы с целью адаптации порошков для использования в аддитивных технологиях.
Ст.С. Солнцев1, В.С. Денисова1, В.А. Розененкова1
РЕАКЦИОННОЕ ОТВЕРЖДЕНИЕ - НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ И МАТЕРИАЛОВ
Рассмотрены основы создания и свойства высокотемпературных композиционных покрытий и материалов, полученных путем реакционного отверждения. Возможность получения высокого уровня характеристик композиционных материалов и покрытий объясняется формированием уникальной структуры материала в результате химических реакций окисления компонентов материала кислородом атмосферы и последующего стеклообразования. Работа выполнена в рамках реализации комплексного направления 14.2. «Новые технологии получения сверхвысокотемпературных керамических композиционных материалов и покрытий» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
А.Е. Раскутин1
СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) нового поколения благодаря использованию новых связующих способны обеспечивать все возрастающие требования как к упруго-прочностным характеристикам, необходимым для обеспечения работоспособности конструкций, так и к технологичности. ПКМ нового поколения разработаны с учетом конструкционных и технологических особенностей изготовления деталей и элементов конструкций, т. е. реализована концепция единства при разработке материалов - «материал-технология-конструкция», выдвинутая во ФГУП «ВИАМ».
А.Е. Раскутин1
РОССИЙСКИЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ, ИХ ОСВОЕНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ В ПЕРСПЕКТИВНЫХ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
Приведены основные физико-механические характеристики разработанных полимерных композиционных материалов (ПКМ) из стеклянных и углеродных армирующих волокон в сочетании с полимерными связующими на основе эпоксидных, цианэфирных, фталонитрильных и винилэфирных смол, в том числе в сравнении с их зарубежными аналогами. ПКМ нового поколения на основе связующих расплавного типа разрабатывались с учетом конструкционных и технологических особенностей изготовления деталей и элементов конструкций, т. е. реализована концепция единства, выдвинутая во ФГУП «ВИАМ», при разработке материалов - «материал-технология-конструкция», что позволяет существенно сократить сроки и затраты на разработку и внедрение таких материалов.
Г.Ф. Железина1, И.Н. Гуляев1, Н.А. Соловьева1
АРАМИДНЫЕ ОРГАНОПЛАСТИКИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Рассмотрены свойства новых арамидных органопластиков с повышенными механическими и эксплуатационными характеристиками: ВКО-19Л - для герметичных, стойких к поглощению влаги и эрозионным воздействиям обшивок вертолетов; ВКО-20 - для конструкций, обеспечивающих защиту от механического удара и ударных волн высокой интенсивности. Органопластики необходимы для обеспечения эрозионной стойкости элементов авиационных конструкций в условиях повышенной запыленности, в частности при изготовлении пылезащитного устройства перспективного вертолетного двигателя. Показана возможность дальнейшего совершенствования свойств органопластиков (водопоглощение - не более 1,5%) благодаря использованию новых арамидных волокон типа Русар НТ с целью обеспечения стабильности характеристик конструктивных элементов вертолетов и самолетов при эксплуатации во всепогодных условиях и морском климате. Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления по проблеме 13.2. «Конструкционные полимерные композиционные материалы» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
К.Е. Куцевич1, Л.А. Дементьева1, Н.Ф. Лукина1, Т.Ю. Тюменева1
КЛЕЕВЫЕ ПРЕПРЕГИ - ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ И АГРЕГАТОВ ИЗ ПКМ
Приведены свойства композиционных материалов клеевых (КМК) на основе широкого ассортимента клеевых препрегов на стекло- и угленаполнителях. Приведены сведения о преимуществах и особенностях технологического процесса изготовления элементов полимерных композиционных материалов (ПКМ) из клеевых препрегов. Указано назначение КМК - для изготовления деталей из ПКМ, в том числе сотовой конструкции одинарной и двойной кривизны, предназначенных для эксплуатации при температурах от -130 до +120°С. Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 13.2. «Конструкционные ПКМ» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
Б.Ф. Павлюк1
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ОБЛАСТИ РАЗРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Функциональные материалы - это широкий класс веществ, которые используются в самых разнообразных областях современной жизни и обладают определенными физическими и химическими свойствами. Сверхлегкие теплозащитные и герметизирующие материалы, электроизоляционные и антифрикционные материалы, шумопоглощающие и самоклеящиеся покрытия и прокладки, анаэробные композиции и другие - находят широкое применение в машиностроении, на железнодорожном транспорте, в судостроении и авиации, в электронике и радиотехнике. Основными функциональными параметрами полимеров являются их механические свойства - прочность, жесткость, эластичность, трещиностойкость, это обстоятельство определяет развитие науки о полимерах на многие годы. Прочностные свойства играют важную роль при изготовлении изделий, предназначенных для эксплуатации при воздействии значительных механических нагрузок в разных условиях - высокой влажности, агрессивных веществ, температуры окружающей среды. Важность применения полимерных материалов определяется многообразием их свойств - механических, электрических, оптических, способностью взаимодействовать с излучениями различных энергий. По электрическим свойствам современные полимерные материалы перекрывают весь диапазон - от диэлектриков до полупроводников. Некоторые полимеры (фоточувствительные) под влиянием ультрафиолетового и видимого света подвергаются химическим изменениям, сопровождающимся изменением физико-химических свойств. Для использования полимеров в качестве изолирующих материалов их важными характеристиками являются диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь, термическая и радиационная стойкость. Создание оптимального материала требует усиления или подавления каких-либо свойств в уже имеющемся материале и невозможно без привлечения современных экспериментальных и теоретических подходов.
Н.И. Нефедов1, Л.В. Семенова1, В.А. Кузнецова1, Н.П. Веренинова1
ЛАКОКРАСОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ОТ СТАРЕНИЯ, КОРРОЗИИ И БИОПОВРЕЖДЕНИЯ
Представлены сведения о новых лакокрасочных материалах, их свойствах и технологии применения в качестве антикоррозионных, защитно-декоративных и функциональных покрытий традиционных материалов, а также новых металлических и неметаллических, в том числе полимерных, композиционных материалов, используемых в конструкциях летательных аппаратов, двигателей и приборов. В настоящее время во ФГУП «ВИАМ» для защиты изделий авиационной техники разработаны лакокрасочные покрытия, снижающие оптическую контрастность в видимом и ИК диапазонах длин волн, стойкие к УФ излучению, с термостойкостью до 600°С, низкой влагопроницаемостью и высокими диэлектрическими характеристиками.
С.В. Кондрашов1, К.А. Шашкеев1, Г.Н. Петрова1, И.В. Мекалина1
ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ
Представлены данные по разработкам ФГУП «ВИАМ» в области создания электропроводящих ПКМ с углеродными нанотрубками. Показана возможность придания гибридным ПКМ (ГПКМ) гидрофобных свойств. Приведены данные по электропроводности и углу смачивания ГПКМ. В качестве матриц использованы как термореактивные связующие на основе эпоксидной смолы, так и термопластичные - на основе полиарилсульфона. Представлены образцы ГПКМ с различными видами молниезащитных покрытий (МЗП). Представлены результаты комплексной работы по разработке технологии получения птицестойкого слоистого абразивостойкого полимерного остекления с интегрированным электрообогреваемым элементом криволинейной формы.
Г.Н. Петрова1, С.А. Ларионов1, М.М. Платонов2, Д.Н. Перфилова1
ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ АВИАЦИИ
Представлены наиболее значимые достижения Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ) в период 2012-2016 гг. в области развития направления полимерных функциональных авиационных материалов, реализованного в рамках «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» [1-3]. Описаны основные разработки в области термопластов: литьевого термопласта ВТП-7 с повышенными антистатическими свойствами, листового композиционного термопластичного теплостойкого материала ВКУ-44 и нового самозатухающего материала на основе поликарбоната для аддитивной FDM-технологии. Рассмотрены основные свойства разработанных термопластичных материалов и рекомендуемые области их применения.
О.А. Елисеев1, И.С. Наумов1, Д.Н. Смирнов1, Я.А. Брык1
РЕЗИНЫ, ГЕРМЕТИКИ И ОГНЕ-ТЕПЛОЗАЩИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Представлены практические результаты в области разработки новых эластомерных материалов специального назначения различной химической природы: термо-морозостойких кремнийорганических резин пониженной горючести марок ВР-38М и ВР-42, топливостойкого полисульфидного герметика с улучшенной морозостойкостью марки ВИТЭФ-1Бм, огне-теплозащитного материала марки ТЗР-5МП с повышенными противопожарными характеристиками на основе хлорсульфированного полиэтилена. Приведены результаты физико-механических испытаний разработанных материалов, в том числе после воздействия различных климатических факторов. Представлены результаты исследования технологических свойств полисульфидного герметика ВИТЭФ-1Бм, горючести и морозостойкости резин ВР-38М и ВР-42, а также расширенного комплекса свойств огне-теплозащитного материала ТЗР-5МП: прогораемости, термогравиметрических и теплофизических характеристик, водо- и влагопоглощения, упруго-прочностных свойств после ускоренных климатических испытаний, термоциклирования и воздействия солевого тумана.
Н.Ф. Лукина1, А.П. Петрова1, Р.Р. Мухаметов1, А.С. Когтёнков1
НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ КЛЕЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ АВИАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Представлены свойства и области применения новых клеящих материалов авиационного назначения: высокопрочных клеев марок ВК-36Т, ВК-97 и ВК-98 для клеевых соединений, в том числе сотовых конструкций, а также клея ВКР-96, предназначенного для склеивания полиуретанового материала с теплоотражающим покрытием. Представлены сведения о технологии приклеивания износостойкого полиуретанового материала ВТП-1В к материалам лопастей вертолетов с применением сочетания клеев ВКР-95 и ВК-93 (в качестве клеевого подслоя).
А.Н. Луценко1, Н.С. Перов1, Е.Б. Чабина1
НОВЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА
Рассмотрено современное состояние Испытательного центра ФГУП «ВИАМ». Главным направлением развития Испытательного центра на ближайшие несколько лет будет дальнейшее повышение сложности проводимых комплексных испытаний и исследований взаимосвязи «состав-структура-свойство» материалов на субатомном, нано-, микро-, мезо- и макроуровне. Планируется разработка методик по проведению испытаний изделий и материалов, созданных с использованием современных аддитивных технологий и технологий искрового плазменного спекания. Работа выполнена в рамках реализации комплексных научных направлений 2. «Фундаментально-ориентированные исследования, квалификация материалов, неразрушающий контроль» и 18. «Климатические испытания для обеспечения безопасности и защиты от коррозии, старения и биоповреждений материалов, конструкций и сложных технических систем в природных средах» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
В.В. Мурашов1
ПРИМЕНЕНИЕ ВАРИАНТОВ АКУСТИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСНОГО МЕТОДА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПКМ И МНОГОСЛОЙНЫХ КЛЕЕНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Рассмотрен принцип акустического импедансного метода контроля клееных конструкций и изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ). Указаны эксплуатационные возможности двух основных вариантов импедансного метода. Показано, что область применения этого метода может быть существенно расширена при применении новых вариантов метода: при работе дефектоскопа в автоколебательном режиме, при электромагнитно-акустическом возбуждении упругих колебаний в объекте контроля и при использовании спектрального варианта импедансного метода.
Ф.Н. Карачевцев1, А.В. Алексеев1, А.Ф. Летов1, Р.М. Дворецков1
ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ЭЛЕМЕНТНОГО ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
Рассмотрены вопросы применения атомно-эмиссионного и масс-спектрометрического с индуктивно связанной плазмой методов анализа для контроля химического состава жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС). Установлены условия пробоподготовки проб ЖНС: смеси кислот, температуры и время растворения. Проведен выбор аналитических линий легирующих элементов и масс контролируемых примесей в никелевых сплавах. Разработаны методики измерений химического состава методами атомно-эмиссионного и масс-спектрометрического с индуктивно связанной плазмой анализа. Изготовлены и аттестованы комплекты стандартных образцов с вредными примесями (Zn, As, Se, Ag, Cd, Sn, Sb, Te, Tl, Pb, Bi) в диапазоне массовых долей от 0,0001 до 0,005% (по массе), редкоземельных элементов - от 0,0001 до 0,1% (по массе), а также прочих примесей (P, B, Fe, Si, V, Ru, Zr, Hf, Ca, Mg) - от 0,0001 до 0,5% (по массе) для калибровки оптико-эмиссионных спектрометров, масс-спектрометров с лазерным пробоотбором или тлеющим разрядом.
О.А. Быценко1, В.Б. Григоренко1, Е.А. Лукина2, Л.В. Морозова1
РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ МЕТАЛЛОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ: МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Показана эффективность применения комплексного подхода к решению металлофизических задач. Приведены следующие примеры таких исследований: анализ причин разрушения и образования дефектов при эксплуатации деталей и узлов; изучение особенностей разрушения алюминий-литиевых сплавов; всестороннее исследование структуры в ходе отработки технологии получения жаропрочного никелевого сплава с применением селективного лазерного синтеза (СЛС).
С.Л. Барботько1
РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ МАТЕРИАЛОВ АВИАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Одними из важнейших свойств материалов являются характеристики пожарной безопасности. Увеличение применения полимерных материалов в конструкциях изделий авиационной техники требует совершенствования нормативной базы на проведение испытаний. В статье проведен анализ существующих требований по пожарной безопасности и приведено описание работ, выполненных во ФГУП «ВИАМ» в последние годы, по совершенствованию нормативной базы на проведение испытаний.
А.Н. Луценко1, А.В. Славин1, В.С. Ерасов1, К.К. Хвацкий2
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов», admin@viam.ru
ПРОЧНОСТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Проведены испытания элементов авиационных и строительных конструкций статическим и циклическим силовым нагружением на испытательном стенде в ГЦКИ ВИАМ им. Г.В. Акимова. На примере их комплексных испытаний, совмещенных с климатическими, показано, что стенды и силовой пол ГЦКИ обладают уникальными возможностями для одновременного проведения натурных механических и климатических испытаний крупногабаритных конструкций. В конструкциях типовой вертикальной колонны, строительной балки и конструктивно-подобного образца сварной гибридной панели крыла значимых повреждений в процессе испытаний методами неразрушающего контроля не выявлено, что подтвердило высокое качество элементов из металлических и полимерных композиционных материалов, а также обеспечение заданных при проектировании ресурсных и прочностных характеристик конструкций. Оценка жесткости всех испытанных элементов конструкций показала, что влияющих на несущую способность повреждений, вызванных силовым или климатическим воздействием, не выявлено. Исследованы характеристики многоцикловой усталости (МнЦУ) нескольких жаропрочных титановых сплавов. В качестве характеристик МнЦУ приняты значение предела выносливости, форма кривой усталости и другие. Рассмотрено воздействие таких факторов, как температура испытания и концентрация напряжений. Работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 2. «Фундаментально ориентированные исследования, квалификация материалов, неразрушающий контроль» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)
А.Б. Лаптев1, С.Л. Барботько1, Е.В. Николаев1
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ СОХРАНЯЕМОСТИ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ
Приведены результаты, полученные за последние годы в направлении реализации следующих стратегических направлений: - оценка экономических потерь от воздействия агрессивных климатических факторов и разработка мероприятий по их снижению; - изменение агрессивности природной среды за счет промышленных выбросов и загрязнений, увеличения объемов эксплуатируемой техники и инфраструктуры, а также глобального изменения климата Земли; - актуальность решения задач, связанных с воздействием климатических факторов, сформулированных в «Стратегических направлениях развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года», разработанных во ФГУП «ВИАМ»; - комплексное изучение процессов биокоррозии в морском климате с точки зрения их влияния на служебные характеристики материалов; - прогнозирование изменения служебных характеристик материалов, конструкций и сложных технических систем с учетом воздействия климатических и эксплуатационных факторов; - актуализация российской нормативной базы оценки влияния внешних воздействующих факторов и эксплуатационных нагрузок на служебные характеристики материалов, конструкций и сложных технических систем, гармонизированной с международными стандартами; - создание климатических площадок в климатических зонах, отсутствующих в Российской Федерации; - перспективы дальнейшего развития направлений научных и практических исследований климатической стойкости материалов на период до 2030 года.
Е.И. Косарина1, О.А. Крупнина1, А.А. Демидов1, Е.М. Турбин1
ЦИФРОВАЯ РАДИОГРАФИЯ В НЕРАЗРУШАЮЩЕМ КОНТРОЛЕ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Приведены результаты опробования и внедрения неразрушающего контроля средствами цифровой радиографии. Показан механизм формирования оптического изображения на детекторе и его различия с традиционной рентгенографией, определены условия оптимальных энергий излучения. Показано, что основными характеристиками цифровых детекторов являются пространственное разрешение, контрастная чувствительность, диапазон допустимых дозовых нагрузок. Выбраны типы цифровых преобразователей для оценки возможности их использования при контроле изделий авиационной техники из алюминиевых, магниевых, титановых, жаропрочных сплавов и сталей.
А.В. Зуев1, Ю.В. Лощинин1, Д.Я. Баринов1, П.С. Мараховский1
РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Описывается опыт использования высокотемпературных покрытий для измерения теплопроводности материалов керамических форм и стержней для литья лопаток ГТД, а также для измерения теплоемкости жаропрочных никелевых и интерметаллидного сплавов (ЖС36, ВЖМ4, ВКНА-25) методом лазерной вспышки. Приводятся результаты измерений теплофизических свойств в диапазоне температур от 20 до 1350°С. Показано влияние состояния твердого раствора и γ′-фазы на свойства сплавов. Проведена оценка использования соотношения закона Видемана-Франца-Лоренца для расчета теплопроводности по результатам измерения электросопротивления. Приводятся примеры расчета теплопроводности композиционных материалов с использованием разработанных моделей структуры и расчета температурного поля при отверждении полимерных композиционных материалов. Показана высокая информативность результатов измерений и расчета теплофизических свойств для анализа процессов в материале, для коррекции параметров технологического процесса и для прогнозирования поведения материала в условиях эксплуатации. Работа выполнена в рамках реализации научных направлений 2. «Фундаментально-ориентированные исследования, квалификация материалов, неразрушающий контроль» и 3. «Компьютерные методы моделирования структуры и свойств материалов при их создании и работе в конструкции» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»)