Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії на тему «Забезпечення механічних властивостей об’ємних виробів із жароміцних нікелевих сплавів, отриманих адитивним мікроплазмовим наплавленням для виробництва деталей авіаційних двигунів»

Abstract

UK: Об’єкт дослідження – процес адитивного мікроплазмового порошкового наплавлення жароміцних нікелевих сплавів. Предмет дослідження – формування об’ємних виробів із нікелевих жаростійких сплавів при заданих механічних властивостях, що відповідають вимогам до умов експлуатації соплових апаратів, жарових труб та камер згоряння авіаційних двигунів. Наукова новизна роботи полягає у проведені комплексу теоретичних і експериментальних досліджень, спрямованих на забезпечення механічних та службових властивостей жароміцних нікелевих сплавів при плазмовому вирощуванні заготовок, необхідних для експлуатації соплових апаратів, жарових труб та камер згоряння авіаційних двигунів (АД). При цьому вперше встановлено, що використання порошків, отриманих газовим розпиленням розплаву інертним газом, на відміну від відцентрового плазмового розпилення циліндричних заготовок, для адитивного мікроплазмового наплавлення, у яких спостерігається внутрішня аргонова пористість, призводить до суттєвого падіння характеристик міцності та пластичності, унаслідок утворення лінійних ділянок скупчення пор довжиною приблизно 2–3 мм та тріщин, що виникають під час вирощування. Уперше встановлено, що в порошку зі сплаву ЭП-648ВИ при вмісті азоту в кількості [N] ≥ 0,03 ваг. % або кисню [О] ≥ 0,02 ваг. % у наплавленому металі при температурі 1100°С фіксується значне зниження його деформаційної здатності (ε ≤ 3,8 %), що під впливом термічних напруг призводить до виникнення гарячих тріщин, а, як наслідок, у поздовжньому напрямі ми бачимо значне падіння властивостей міцності та пластичності. Уперше встановлено критерій максимального вмісту азоту та кисню в порошку зі сплаву ЭП-648ВИ, який використовують для адивного мікроплазмового наплавлення, з погляду забезпечення необхідних вимог до механічних властивостей деталей соплових апаратів, жарових труб та камер згоряння авіаційних двигунів, а саме: [N] ≤ 0,03 ваг. %, або кисню у [О] ≤0,02 ваг. %. На основі отриманих результатів моделювання теплових процесів та параметрів напружено-деформованого стану під час адитивного мікроплазмово-порошкового наплавлення вперше запропонована оптимальна технологічна схема вирощування об’ємних зразків за траєкторією «змійка», яка за рахунок рівномірного розподілу температур по всіх шарах забезпечує гарантоване сплавлення між валиками по всьому перерізу вирощеної заготовки. EN: The object of research is the process of additive microplasma powder deposition of heat-resistant nickel alloys. The subject of the research is the formation of volumetric products from nickel heat-resistant alloys with specified mechanical properties that meet the requirements for the operating conditions of nozzle devices, heat pipes and combustion chambers of aircraft engines. The scientific novelty of the work is to a set of theoretical and experimental studies aimed at ensuring the mechanical and service properties of heat-resistant nickel alloys during plasma growth of workpieces necessary for the operation of nozzle devices, heat pipes and combustion chambers of aircraft engines (AEs). At the same time, it was established for the first time that use of powders obtained by gas spraying of the melt with an inert gas, unlike centrifugal plasma spraying of cylindrical workpieces, for additive microplasma deposition, in which internal argon porosity is observed, it leads to a significant decrease in strength and plasticity characteristics due to the formation of linear areas of pore accumulation 2–3 mm long and cracks that occur during growth. It was established for the first time that in powder from the EP-648VI alloy with a nitrogen content of [N] ≥ 0.03 wt. %, or oxygen [O] ≥ 0.02 wt. % in the deposited metal at a temperature of 1100°C, a significant decrease in its deformability (ε ≤ 3.8 %), which under the influence of thermal stresses leads to the occurrence of hot cracks, and, as a result, in the longitudinal direction we see a significant decrease in the strength and ductility properties. For the first time, a criterion for the maximum nitrogen and oxygen content in the EP-648VI alloy powder used for additive microplasma deposition has been established in terms of meeting the requirements for the mechanical properties of nozzles, heat pipes and combustion chambers of aircraft engines, namely: ([N] ≤ 0.03 wt. %, or oxygen in [O] ≤0.02 wt. %). Based on the obtained results of modeling thermal processes and the stress-strain state during additive microplasma-powder deposition, a feasible technological scheme for growing volumetric samples along a “snake” trajectory was first proposed, which, due to the uniform temperature distribution in all layers, ensures guaranteed fusion between the rollers over the entire cross-section of the grown workpiece.