МІКРОПЛАЗМОВЕ ПОРОШКОВЕ НАПЛАВЛЕННЯ ДЛЯ РЕМОНТУ МОНОКОЛІС ТУРБІН ІЗ НІКЕЛЕВИХ ЖАРОМІЦНИХ СПЛАВІВ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2026-2-9Ключові слова:
колесо турбіни, адитивне мікроплазмове наплавлення, порошок, γ´-фаза, механічні властивості, мікроструктура.Анотація
Мета роботи. Теоретичне обґрунтування та експериментальна розробка технології відновлення робочих лопаток колеса турбіни авіаційного двигуна, виконаного за технологією «бліск» із жароміцних нікелевих сплавів, методом адитивного мікроплазмового порошкового наплавлення (МПН).
Методи дослідження. В ході дослідження було застосовано метод пошарового порошкового наплавлення з використанням мікроплазми на торцеві поверхні пластин зі сплаву ЖС32-ВИ за допомогою спеціалізованої роботизованої системи STARWELD 190H. Процес МПН здійснювався з використанням постійного струму позитивної полярності (силою струму 2…50 А). В якості плазмоутворюючого та захисного газу використовували аргон високої чистоти. Розміри експериментальних пластин становили 115×15×2 мм. Наплавлення здійснювали з використанням зворотно-поступального руху. Після наплавлення зразки піддавали термічній обробці. Механічні властивості зразків, отриманих методом адитивного нарощування, визначали на стандартних плоских зразках.
Отримані результати. Після механічних випробувань зразки мали наступні властивості: середні значення міцності σв=1147 МПа, пластичності δ= 9,5 %, при вимогах нормативної документації σв ≥ 882 МПа,
δ= 6,0 %. Злами мали середньо-кристалічну структуру. Дефекти у зламах не виявлено. Мікроструктура матеріалу зразків до термообробки являє собою γ- твердий розчин з наявністю інтерметалідної γ´-фази, карбідів, карбонітридів, а також евтектичної (γ-γ´) - фази розміром 5мкм, яка характерна для литого стану сплаву ЖС32-ВИ. Мікроструктура матеріалу зразків після термообробки відповідає нормальному стану сплаву ЖС32-ВИ.
Наукова новизна. При виготовленні коліс турбін методом лиття одна з найсерйозніших проблем – це ливарні дефекти, такі як тріщини, пористість, раковини. Використання існуючих методів ремонту, які основані на зварюванні або наплавленні методом аргонодугового зварювання, наприклад для лопаток, обмежені високою схильністю жароміцних нікелевих сплавів (ЖС3ДК, ВЖЛ12) до появи термовтомних тріщин через високий вміст γ´-фази. Запропонована технологія ремонту полягає у зрізанні лопатки до місця розташування дефекту і подальшому пошаровому відновленню профіля лопатки методом адитивного мікроплазмового наплавлення.
Практична цінність. Встановлено, що відновлення колеса турбіни авіаційних двигунів методом адитивного мікроплазмого порошкового наплавлення забезпечує високі механічні властивості по всій висоті вирощеної лопатки без виникнення дефектів лиття.
Посилання
Балушок К. (2024). Ремонт деталей авіаційних двигунів із жароміцних нікелевих сплавів із застосу-ванням адитивних технологій. Авіаційно-космічна техніка і технологія, № 5. DOI:
https://doi.org/10.32620/aktt.2024.5.04
Sarkar R. et al. (2022). Additive manufacturing-based repair of IN718 superalloy and high-cycle fatigue assessment of the joint. Additive Manufacturing, 60, Part A, 103276. DOI: DOI:
https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103276
Chen J. et al. (2025). Laser-based powder bed fu-sion of nickel-based superalloy designed specifically for turbine blades using high-power flat-top laser: Towards high-speed manufacturing and directional solidification. Journal of Alloys and Compounds, 1022(11), 179902. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.179902
Yarovytsyn O. V., Khuschchov Н. D., Chyhileychik S.L. (2019). Estimation to optimize energy spent on a single welding pool creation in micro-plasma powder deposition process of JS32 nickel superalloy HPT blade`s bandage shelve. International Journal of Me-chanical and Production Engineering, 7, 1, 5 IJMPE-IRAJ-DOI-14928.
Schulz F. et al. (2024). Gamma prime formation in nickel-based superalloy weld metal fabricated by laser beam welding. Materials today Communications, 38, 107905. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.107905
Zhang G. et al. (2024). Research progress in repair and remanufacture of compressor blisk. Journal of Aero-nautical Materials, 44(3). DOI: https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000153
China. (2023). Integral heat treatment method for nickel-based high-temperature alloy leaf disc after laser additive repair (Patent No. CN116944521A/B). China National Intellectual Property Administration.
Ющенко К. А. та ін. (2022). Дослідження і оп-тимізація процесу серійного ремонту робочих лопа-ток авіаційного газотурбінного двигуна Д-18Т микро-плазмовим порошковим наплавленням. Космічні ма-теріали та технології, 28, 3, 3–16.
Cherviakov M., Yarovytsyn O., Khrushchov H. (2023). Expanding the Technological Possibilities of Mul-tilayer Micro-Plasma Powder Deposition Process by Op-timizing the Quality and Composition of Process Gases. Science and Innovation, 19(5), 89–99. DOI: https://doi.org/10.15407/scine19.05.089
Balushok K. et al. (2024). Developing technolo-gy of directed energy deposition of workpieces of parts of aircraft engines from heat-resistant nickel alloys by means of using layer-by-layer microplasma surfacing method. Mechanics and Advanced Technologies, 8, 2(101), 121–129. DOI: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2024.8.2(101).296932
Yarovytsyn A. V. (2015). Energy approach in analysis of microplasma powder surfacing process pa-rameters in restoration of blades of aircraft GTE. The Paton Welding Journal, 6, 28–34.
Yarovytsyn O.V. et al. (2024). Development and approval of the procedure of high-temperature uniaxial creep strength tests of difficult-to-weld high-temperature nickel alloys specimens with microplasma powder deposi-tion. The Paton Welding Journal, 9, 29–37. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2024.05.04
10. Tan Q. et al. (2024). A review on cracking mechanism and suppression strategy in nickel-based sup-eralloys during laser cladding. Journal of Alloys and Compounds, 1001. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175164
Dmitrieva A. et al. (2023). Effect of the Laser Cladding Parameters on the Crack Formation and Micro-structure during Nickel Superalloy. Gas Turbine Engines Repair. Metals, 13(2), 393.
Wang D. et al. (2024). A laser powder bed fu-sion-based methodology for repairing damaged nickel-based turbine blades. Materials Characterization, 212, 113948. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113948
Яровицін О. В., Чигилейчик С. Л. (2024). Фор-мування критеріїв оцінки придатності застосування присадних матеріалів з нікелевих стопів у адитивних технологіях ЗD-натоплення. Металофізика та новітні технології, 4, 129–149.
Yuschenko K.A. et al. (2017). Understanding the impact of oxygen and nitrogen content in metal powder on microplasma multilayers deposition of aircraft GTE blade edges. Рroceedings of 9th International conference of young scientist on welding and related technologies, PWI NAS of Ukraine, 23–26 May, 257–261
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
-
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
-
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
-
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
