«Создание технологии высокоскоростного изготовления деталей и компонентов авиационных двигателей методами гетерофазной порошковой металлургии»
Проект выполняется в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы».
Уникальный идентификатор ПНИЭР - RFMEFI58114X0010
Руководитель проекта: Туричин Глеб Андреевич
Основной задачей проекта является создание научно-технических основ для промышленного освоения технологии прямого лазерного выращивания рабочих узлов и элементов современных и перспективных авиационных двигателей с повышенными эксплуатационными характеристиками и рабочим ресурсом. Разрабатываемые технические и технологические решения должны обеспечить эффективность процесса изготовления деталей и компонентов авиационных двигателей, в том числе за счет снижения материалоёмкости и значительного увеличения производительности технологического процесса.
Целью реализуемого проекта является исследование гетерофазных металлургических процессов, протекающих при прямом лазерном выращивании изделий из порошковых металлических материалов, и разработка на основе результатов исследований технологии прямого лазерного выращивания изделий из порошковых металлических материалов и оборудования для её реализации, позволяющих многократно повысить скорость изготовления изделий из жаропрочных сплавов.
К выполнению работ привлекаются организации-соисполнители (участники консорциума):
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (НИТУ «МИСиС»).
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)» (СГАУ).
Индустриальный партнер: ОАО «КУЗНЕЦОВ»
Основные планируемые результаты проекта
Основными запланированными результатами проекта являются:
- Технология прямого лазерного выращивания, в ходе которой изделие формируется из металлического порошка, подаваемого сжатой газопорошковой струей непосредственно в зону лазерного воздействия;
- Лабораторная технологическая установка лазерного выращивания.
Возможность подачи смеси порошков и контролируемого изменения состава подаваемых порошков в ходе процесса выращивания, обеспечит высокоскоростное формирование изделий с градиентными свойствами за счет процессов гетерофазной порошковой металлургии.
Основные характеристики технологии:
- Производительность процесса прямого лазерного выращивания не менее 45куб. мм/с;
- Максимальная температура эксплуатации выращенных изделий не менее 500 С.
Основные характеристики установки:
- Размер рабочей зоны технологической установки не менее (мм) – 2000х2000х800;
- Количество координат не менее – 5;
- Контролируемая рабочая атмосфера.
Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции
Внедрение разрабатываемых технологий и оборудования лазерного выращивания позволит снизить длительность производственного цикла и себестоимость изделий за счет снижения трудоемкости и значительного увеличения коэффициента использования материала. Технологии прямого лазерного выращивания обеспечат возможность создания принципиально новых деталей с градиентными эксплуатационными характеристиками, совмещающих в себе свойства двух и более сплавов. Например, деталей с внутренними силовыми элементами и внешними износо- или жаростойкими
покрытиями, которые могут быть получены за один технологический цикл производства.
Конкурентными преимуществами разработки являются:
- Высокая производительность процесса прямого лазерного выращивания (не менее 45 мм3/с).
- Возможность получения изделий с градиентным составом, структурой и свойствами;
- Возможность выращивания крупногабаритных изделий из жаропрочных и труднообрабатываемых сплавов;
- Возможность получения мелкодисперсной структуры и управления формированием микроструктуры;
- Минимальная пористость;
- Механические свойства на уровне деформируемых и термообработанных сплавов
Возможности разрабатываемых технологий и оборудования позволят применять новые подходы к конструированию компонентов авиационных двигателей.
Развитие и активное внедрение технологий выращивания обеспечит ускорение темпов перехода производства на качественно новый уровень технического оснащения, соответствующий шестому технологическому укладу и позволяющий значительно снизить энергоёмкость и материалоёмкость производства, а также получать изделия с заранее заданными эксплуатационными характеристиками.
Практическое использование запланированных результатов проекта будет способствовать повышению уровня импортозамещения при технологическом перевооружении промышленных предприятий.
Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта
Разрабатываемые технология и оборудование предназначены для применения в производстве изделий, эксплуатируемых при температурах до 650 С, на предприятиях двигателестроительной отрасли. Запланированные результаты характеризуются межотраслевой направленностью и обладают потенциалом мультипликативного технологического влияния на развитие нескольких отраслей экономики. Кроме предприятий двигателестроения потребителями разрабатываемой продукции могут быть предприятия ракетно-космической отрасли, транспортного, судового и энергетического машиностроения, а также медицина. Результаты проекта также могут быть использованы при разработке и модернизации родственных технологий инженерии поверхности, в частности, технологий лазерной порошковой наплавки функциональных поверхностных слоёв, актуальных для атомной, нефтегазовой, нефтехимической, химической отраслей промышленности.
Использование результатов данного проекта позволит получить следующие социально-экономические эффекты:
- улучшение потребительских свойств выпускаемой продукции;
- совершенствование технологических процессов с точки зрения снижения издержек производства, повышения производственной безопасности (включая экологическую);
- повышение уровня автоматизации производства;
- обеспечение гибкости производств, сокращение производственного цикла.
Промышленное освоение результатов проекта запланировано на 2019 г. путем создания на ОАО «КУЗНЕЦОВ» участка прямого лазерного выращивания компонентов двигателей.
Ход работ
Текущие результаты проекта
Разработана и изготовлена лабораторная технологическая установка лазерного выращивания. Проведены технологические исследования процесса лазерного выращивания образцов из порошковых сплавов на основе железа, кобальта и никеля. Результаты металлографических исследований и механических испытаний выращенных экспериментальных образцов подтвердили их бездефектность и высокие эксплуатационные характеристики.
Разработаны базовые технологии лазерного выращивания компонентов газотурбинных двигателей и генераторов.
Изготовлены полноразмерные образцы-демонстраторы компонентов газотурбинных двигателей и генераторов (жаровые трубы, корпуса камер сгорания).
Публикации по проекту:
Технологические основы высокоскоростного прямого лазерного выращивания изделий методом гетерофазной порошковой металлургии. Г.Туричин, О.Климова, Е.Земляков, К.Бабкин, В.Сомонов, Ф.Шамрай, А.Травянов, П.Петровский
Quality Management of Metal Products Prepared by HigTh-Speed Direct Laser Deposition echnology. Vladimir Glukhov, Gleb Turichin, Olga Klimova-Korsmik, Evgeniy Zemlyakov, Konstantin Babkin