Анотація до роботи:

Бень В.П. Підвищення несучої здатності лопаток компресора ГТД з титанових сплавів комплексною фінішною обробкою. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.07.04 – ”Технологія виробництва літальних апаратів”.

ВАТ ”Український науково-дослідний інститут авіаційної технології”, Київ, 2004р.

Дисертацію присвячено рішенню актуальної науково-технічної задачі підвищення несучої здатності лопаток I-го ступ. компресора двиг. ТВ3-117 і ТВ3-117ВМА-СБМ1 з титанових сплавів ВТ8М и ВТ8, шляхом формування раціонального сполучення характеристик поверхневого шару комплексною фінішною обробкою.

Отримано нове рішення наукової задачі підвищення ерозійної стійкості і забезпечення заданих параметрів витривалості й ударної міцності лопаток компресора з титанових сплавів, що полягає у формуванні сприятливого сполучення параметрів шорсткості, кристалографічної текстури і залишкових напруг, іоно-плазменим азотуванням з наступним деформаційним зміцненням дифузійного шару кульками.

Виконано комплексні дослідження напружено-деформованого стану лопатки при коливаннях по першій формі вигину і залишкового напруженого стану поверхневого шару. Встановлено, що рівень максимальних напруг на вхідній кромці складає 95% від рівня напруг на спинці.

Отримано математичні залежності для оцінки ударної міцності лопаток компресора, зміцнених поверхневим пластичним деформуванням з урахуванням місцевих пластичних деформацій, що підтвердили позитивний вплив залишкових стискуючих напруг і дозволяють розрахувати рівень згинаючих напруг, що допускається, у небезпечному перерізі і запас міцності при зіткненні зі стороннім тілом.

Установлено, що комплексна обробка за рахунок формування сприятливого сполучення характеристик поверхневого шару приводить до значного підвищення несучої здатності лопаток, через підвищення параметрів зносостійкості, витривалості та ударної міцності.

Розроблено технологічні рекомендації з вибору раціональних режимів ІПА+ПДЗ, що знайшли застосування у виробництві лопаток на ВАТ ”Мотор Січ”.

1. У дисертації отримано нове рішення наукової задачі підвищення ерозійної стійкості і забезпечення заданих параметрів витривалості й ударної міцності лопаток компресора з титанових сплавів, що полягає у формуванні сприятливих характеристик поверхневого шару іонно-плазменим азотуванням з наступним деформаційним зміцненням дифузійного шару кульками.

2. Установлено, що комплексна обробка (іонно-плазмене азотування + ПДЗ чи УЗЗ) за рахунок формування сприятливого сполучення характеристик поверхневого шару приводить до значного підвищення зносостійкості, параметрів витривалості без зниження ударної міцності. Границі витривалості лопаток з дифузійними покриттями з наступним зміцненням ПДУ збільшилися з 512, 5 МПа (серійні віброполіровані лопатки) до 537,5 МПа. При ударних випробуваннях бойком у переріз пера на відстані 30 мм від підошви замка жодна з лопаток, які оброблено різними зміцнюючими і комплексними методами, не зруйнувалася. Найбільший кут вигину після першого удару бойком у переріз на відстані 20 мм від підошви замка спостерігався в лопаток після ІПА з попереднім деформаційним зміцненням кульками.

3. Випробування на втомленість лопаток, які оброблено за серійною технологією, показали, що зародження тріщин від втомленості починається з кромок. Нейтралізація технологічних концентраторів напруг (рисок) шляхом глянцювання кромок приводить до підвищення s_{-1(р=10 %)} з 486 МПа (серійні лопатки) до 554 МПа, наступна обробка ПДЗ приводить до подальшого збільшення границі витривалості до 594 МПа.

4. Отримані математичні залежності для оцінки ударної міцності лопаток компресора, які зміцнено поверхневим пластичним деформуванням з урахуванням місцевих пластичних деформацій, підтвердили позитивний вплив залишкових стискуючих напруг і дозволяють розрахувати рівень згинаючих напруг, що допускається, у небезпечному перерізі і запас міцності при зіткненні зі стороннім тілом.

5. Проведені виміри граничних відхилень профілю пера від теоретичного профілю (по нормалі до профілю) при плавній зміні відхилень уздовж профілю пера убік зменшення товщини показали, що після комплексної обробки (ІПА + УЗЗ і ІПА + ПДЗ) усі лопатки знаходяться в межах допуску.

6. Виконано комплексні дослідження напружено-деформованого стану лопатки при коливаннях по першій формі вигину двома методами – методом кінцевих елементів і шляхом виміру деформацій тензодатчиками. Встановлено, що рівень максимальних напруг на вхідній кромці складає 95% від рівня напруг на спинці, що розташовано на відстані 28мм від підошви хвостовика і 11мм від вхідної кромки.

7. Впровадження технології зміцнення лопаток компресора з титанових сплавів у ВАТ “Мотор Січ” дозволило раціоналізувати режими, підвищити несучу здатність і забезпечити заданий ресурс двигунів ТВЗ-117 ВМА-СБМ1 і ТВЗ-117. Річний економічний ефект склав 230 тис. грн.

Публікації автора:

1. Богуслаев В.А., Бень В.П., Яценко В.К., Каплун В.Г., Рубель О.В. Восстановление несущей способности лопаток компрессора технологическими методами./Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, 2003. - №1. - С. 72-76.

2. Богуслаев В.А., Бень В.П., Пухальская Г.В. Технологические особенности от-делочно-упрочняющей обработки лопаток компрессора. /Сб. научн. трудов. Прогрессивные технологии и системы машиностроения. Вып. 25. Донецк, 2003.-С. 28-33.

3. Бень В.П., Яценко В.К., Орлов М.Р., Каплун В.Г. Повышение несущей способности лопаток компрессора. Сб. научн. работ Х межд. научно-техн. конференции "Неметалеві вкрапления і гази у ливарних сплавах. Запоріжжя, 2003. -С. 43-46.

4. Бень В.П., Яценко В.К. Технологическое обеспечение несущей способности лопаток компрессора./ Збірник наук. праць IX Міжн. науково-техшчної конфе-ренції "Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів", Запорожье, 2003.-С. 57-59.

5. Богуслаев В.А, Яценко В.К., Бень В.П., Лоскутов С.В., Орлов М.Р., Степанова Л.П. Обеспечение несущей способности лопаток компрессора технологическими методами "Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні", 2002. - №2. -С. 14-19.

6. Богуслаев В.А., Жеманюк П.Д., Яценко В.К., Бень В.П., Лоскутов С.В. Формирование характеристик поверхностного слоя лопаток компрессора комплексной обработкой // Вестник двигателестроения, 2003. - №1. - С. 41-46.

7. Богуслаев В.А., Жеманюк П.Д., Яценко В.К., Каплун В.Г., Орлов М.Р., Бень В.П. Комплексное упрочнение лопаток компрессора / Вестник двигателестроения, 2002. -№1. -С. 96-100.

8. Богуслаев В.А., Пухальская Г.В., Бень В.П. Формирование характеристик поверхностного слоя лопаток компрессора // Сб. научн. трудов "Прогрессивные технологии и системы машиностроения". Вып. 20, Донецк, 2002. - С.42-46.

9. Пухальская Г.В., Бень В.П., Степанова Л.П. Формирование характеристик поверхностного слоя лопаток компрессора // Тезисы докладов 2-й межд. научно-технич. конференции "Новые технологии, методы обработки и упрочнения деталей энергетических установок", Запорожье-Алушта, 2002. -С.92-95.

10.Богуслаев В.А., Яценко В.К., Бень В.П., Орлов М.Р. Повышение выносливости лопаток компрессора с диффузионными покрытиями //Сб. докладов 4-й Межд. конференции "Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов", Харьков, 2003.- С. 122-124.

11.Жуков В.Б., Бень В.П., Яценко В.К. Влияние деформационного упрочнения на ударную прочность лопаток компрессора // Технологические системы, 2003. -№1(17).-С. 36-41.