Одной из самых наукоемких и сложных в изготовлении компонентов газотурбинных двигателей для авиации, морских судов, энергетики является лопатка турбины. Продукцию подобной точности и уровня производят только шесть стран в мире, т.к. на требует сложнейших расчетов при проектировании и очень высокой точности в изготовлении.
В литейном цехе внедрена инновационная технология – монокристаллическое литье в керамические формы по выплавляемым моделям. Такой способ позволяет экономить дорогостоящее сырье (специальные жаропрочные сплавы) и выплавлять рабочие лопатки газотурбинных двигателей с жесткими геометрическими допусками до 0,05 мм. При этом не требуется дальнейшая ручная полировка, которая была обязательным атрибутом производства до модернизации. Использование передовых методов особенно актуально именно в процессе литья, так как на этом этапе закладываются необходимые свойства детали, которые влияют на качество и ресурс двигателя.
На рыбинском ПАО «ОДК-Сатурн», на площади 20 тыс.м², разместили 180 единиц современного высокотехнологичного оборудования. По плану, мощностей нового предприятия будет достаточно для выпуска до 280 000 деталей уже в следующем году. К 2024-му этот показатель должен достичь 800 тыс. единиц.
Новые цифровые технологии, внедренные на предприятии ОДК, позволяют получать продукцию высшего уровня. При этом точность производства возрастает на 30%, а себестоимость лопаток снижается на 50%, сокращаются на 40% трудозатраты. Проект, без преувеличения, выводит российское двигателестроение на новый уровень и позволяет претендовать на лидирующие позиции в этом высокотехнологичном сегменте, – прокомментировал первый заместитель генерального директора Госкорпорации Ростех Владимир Артяков.
Монокристаллические отливки получают как из традиционных, так и специально разработанных для данного процесса сплавов. При создании новых сплавов для монокристаллического литья нет необходимости вводить в них элементы, упрочняющие границы зерен (С, В, Hf, Zr, РЗМ), поскольку не существует большеугловых границ.
Представители ОДК подчеркивают, что новое отечественное производство уже прошло сертификацию по международным стандартам. Таким образом, российское предприятие сможет создавать лопатки турбины, как для отечественных, так и для зарубежных двигателей.
Высокоградиентная технология литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой
Высокоградиентная технология (температурный градиент на фронте кристаллизации (G) от 60–70 до 200–220°С/см) литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой с применением жидкометаллического охладителя вместо традиционно используемого (особенно за рубежом) радиационного охладителя (G=20–30°С/см).
Высокий уровень служебных характеристик лопаток, изготовленных по данной технологии, обеспечивается отсутствием поверхностных карбидов и дефектов типа freckles, пониженной микропористостью, высокой дисперсностью структурных составляющих, кристаллографической ориентацией в наиболее выгодном направлении, малой степенью ликвации и т. п.
Повышение температурного градиента на фронте кристаллизации до 200–220°С/см позволяет получать отливки с тонкодисперсной структурой высокой степени однородности (междендритное расстояние 100–150 мкм) и с существенно меньшей микропористостью (до 0,1%). Для реализации процесса разработаны новые составы и технология изготовления керамических стержней и оболочковых форм, обеспечивающие литье лопаток при температурах заливки расплава до 1700°С.
Генеральный директор Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ), президент Ассоциации государственных научных центров «Наука», академик РАН Евгений Каблов: «Прежде всего по доводке конструкции важнейшей детали турбины — той самой охлаждаемой лопатки, которая работает при температуре газа перед турбиной на 400°С выше точки плавления материала самой лопатки. Я больше скажу. Способность государства производить литые охлаждаемые лопатки — показатель высочайшего уровня развития машиностроения».
Источник
