Новая технология для прочных деталей ракетных двигателей

Турбонасосные агрегаты представляют собой "сердце" ракетных и авиационных двигателей. Они функционируют при экстремальных условиях высокого давления, скорости вращения и температуры, что требует особых материалов и технологий для их производства. Основные элементы турбонасосных агрегатов изготавливаются методом литья из термостойких никелевых сплавов, содержащих карбиды, улучшающие прочность при высоких температурах, такие как карбид титана.

С целью улучшения свойств и прочности деталей турбонагнетателя, АО "Протон-ПМ" совместно с Пермским Политехническим университетом разработал метод модификации сплава с применением порошковых металлических материалов. Это улучшает качество отливок деталей турбин и повышает их прочность на 10%.

Изготавливаясь из жаропрочных никелевых сплавов, детали турбонасосных агрегатов являются критически важными, и их повреждение может привести к выходу из строя всего механизма. Чаще всего это происходит в зонах повышенной нагрузки, где механические свойства сплава могут быть ухудшены из-за дефектов его кристаллической структуры.

В процессе затвердевания расплава формируются различные типы кристаллов, включая зерна и дендриты. Слабые места сплава обычно обнаруживаются между дендритами и на границах зерен, где во время охлаждения происходит образование карбидов, влияющих на механические свойства отливок.

Представители АО "Протон-ПМ" совместно с научным коллективом Пермского Политеха предлагают внедрить в никелевые сплавы модификатор на основе карбонитридов для увеличения прочности деталей и их долговечности, сохраняя при этом химический состав сплава, определяющий его свойства.

Предложенный модифицированный состав включает в себя 0,25% алюминиевой стружки, 0,25% титановой губки и 0,5% мелкодисперсного порошка карбонитрида титана. После смешивания компонентов они прессуются в таблетку и добавляются в расплав при 1520°C с последующим повышением температуры до 1650°C и выдержкой в течение 2 минут. Затем температура снижается до исходной, и расплав заливается в керамическую форму.

Полученный сплав был протестирован на растяжение при различных температурах, а также на его ударную вязкость, исследуя его способность поглощать механическую энергию в процессе деформации.

Комплексная модификация сплава позволила увеличить предел прочности на 10% и ударную вязкость на 30% по сравнению с серийным сплавом. Это достигается за счет равномерного распределения карбидных фаз по всему объему сплава, что приводит к улучшению его механических свойств и эксплуатационных характеристик.

Использование модифицированного состава не изменяет химическую формулу сплава и соответствует нормативным значениям. Он также способствует уменьшению размера зерна сплава, что увеличивает его пластичность, вязкость и устойчивость к деформациям. Внедрение данной технологии на производствах позволит повысить прочностные характеристики деталей ракетных и авиационных двигателей. Предложенное решение уже прошло успешные испытания в АО "Протон-ПМ".