Применение сильноточных импульсных электронных пучков для модификации поверхности пера лопаток ГТД при их изготовлении и ремонте

Данная работа относится к разряду нано технологий, поскольку процесс идет на молекулярном уровне, а общая толщина формируемых поверхностных слоев не превышает 6 - 10 мкм, не имеет пока аналогов в отрасли.
Исследования в данной области на протяжении нескольких лет, проводимые совместно с МАИ на лопатках турбины и компрессора серийных изделий с использованием ускорительных установок ГЕЗА С.Петербургского НИИЭФА им. Д.В.Ефремова, показали больший положительный эффект, что проверено длительными испытаниями на технологическом изделии. Они подтвердили повышение предела выносливости материала лопаток на 10÷40%, эрозионной стойкости в 2 раза, жаростойкости более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 3 раза, т.е. значительное повышение служебных характеристик материала деталей;

Фото 1. Внешний вид ускорителя ГЕЗА-2 в НИИЭФА.

Особый интерес представляют результаты усталостных испытаний, из которых следует, что сформированное покрытие препятствует выходу на поверхность усталостных трещин, зародившихся в подповерхностном слое.
Отмеченные улучшения механических свойств позволяют повысить надежность и в совокупности с другими работами увеличить ресурс выпускаемых изделий. На нашем предприятии в августе 2011 года введена в опытно-промышленную эксплуатацию уникальная электронно-лучевая установка «ГЕЗА-ММП» для обработки сильноточными импульсными электронными пучками (СИЭП) поверхности пера лопаток компрессора и турбины с целью увеличения ресурса за счёт улучшения перечисленных выше параметров поверхностного слоя материала. Установка изготовлена НИИЭФА им. Д.В. Ефремова в С.Петербурге по техническому заданию специалистов ММП им. В.В.Чернышёва (Пайкин А.Г., Львов А.Ф., Теряев А.Д.), разработанному совместно с МАИ (каф. 205, проф. Шулов В.А.).

Фото 2. Общий вид установки ГЕЗА-ММП на ММП им. В.В. Чернышёва.

Обработка производится в вакуумной камере, где располагается планетарный механизм, являющийся магазином на 40 деталей, обеспечивающий последова-тельную подачу их в зону обработки (электронного пучка) и вращение вокруг своей оси. Весь процесс за исключением загрузки и выгрузки деталей осуществляется в автоматическом режиме. Общая длительность цикла обработки 1 машино-комплекта деталей (2 загрузки)составляет около 8 часов.
Вакуумная камера, в которой ведётся обработка лопаток, представлена на фото.3

Фото 3. Вакуумная камера установки ГЕЗА-ММП.

Отмеченные улучшения механических свойств позволяют повысить надежность и в совокупности с другими работами увеличить ресурс выпускаемых изделий. Внешний вид лопаток турбины ремонтного изделия, прошедших обработку на установке ГЕЗА-ММП показан на фото 4.

Фото 4. Лопатки, отремонтированные на установке ГЕЗА-ММП.

Насколько можно судить по материалам профильных отечественных и зарубежных изданий и конференций, установка, как и разработанный техпроцесс, являются до сегодняшнего дня уникальными и не имеют аналогов не только в отечественном моторостроении, но и за рубежом.
Работа признана ЦИАМ одной из важнейших и, безусловно, получит дальнейшее развитие и найдёт практическое применение на большинстве авиадвигателестроительных предприятий.