Применение микросекундных интенсивных электронных пучков для улучшения эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей

Ткаченко, Константин Иванович

Применение микросекундных интенсивных электронных пучков для улучшения эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

Ткаченко, Константин Иванович АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2008 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.20 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Применение микросекундных интенсивных электронных пучков для улучшения эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей»

Автореферат диссертации на тему "Применение микросекундных интенсивных электронных пучков для улучшения эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей"

На правах рукописи Ткаченко Константин Иванович

ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОСЕКУНДНЫХ ИНТЕНСИВНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность: 01.04.20 - Физика пучков заряженных частиц

и ускорительная техника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург -

С\

003455912

Работа выполнена в ФГУП «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова», г. Санкт-Петербург г

Научный руководитель:

- доктор технических наук, с.н.с. Энгелько Владимир Иванович

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Свиньин Михаил Павлович, ФГУП «НИИЭФА им.Д.В.Ефремова», г.Санкт-Петербург;

- кандидат технических наук, с.н.с. Марков Вадим Георгиевич, ФГУП «ГНЦ РФ - ЦНИИКМ «Прометей», г.Санкт-Петербург.

Ведущая организация: ОАО «Московское машиностроительное предприятие им. В.В.Чернышева», г. Москва.

Защита состоится "М" декабря 2008 года в /Г час. на заседании диссертационного совета Д 201.006.01 при ФГУП «НИИЭФА им.Д.В.Ефремова» по адресу:

196641, г. Санкт-Петербург, пос.Металлострой, ул.Полевая, д. 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЭФА им.Д.В.Ефремова

Автореферат разослан " " 2008г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

_ Шукейло И. А.

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Улучшение эксплуатационных свойств наиболее нагруженных и дорогостоящих деталей и узлов газотурбинных двигателей (ГТД), изготавливаемых из жаропрочных сталей, жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями и титановых сплавов (далее -жаропрочных материалов), является одной из наиболее важных задач авиационного двигателестроения. Выпускаемые по серийной технологии лопатки ГТД обеспечивают ресурс работы двигателя до 1000 часов. Однако эксплуатация двигателей в условиях большой влажности, при высокой концентрации агрессивных элементов, при наличии большого количества песка и пыли может привести к снижению ресурса эксплуатации в несколько раз из-за интенсивного развития коррозионных и эрозионных процессов. Таким образом, для обеспечения требований по надежности и сроку эксплуатации ГТД необходим поиск методов улучшения усталостной прочности, коррозионной и эрозионной стойкости жаропрочных материалов.

Для улучшения эксплуатационных свойств изделий из жаропрочных материалов в последнее время особое внимание уделяется развитию методов модификации их поверхностных свойств, основанных на обработке поверхности интенсивными потоками энергии (ИПЭ), такими как электронные и ионные пучки, лазерное излучение и потоки плазмы. Одним из основных преимуществ этих методов по сравнению с традиционными является то, что модификации подвергаются только поверхностные слои без изменения физико-химического состояния материала в объеме детали.

В течение последних десятилетий в России (НИИЭФА им.Д.В.Ефремова г.Санкт-Петербург, ИСЭ СО РАН г.Томск, ИЯФ им.Г.И.Будкера СО РАН г.Новосибирск и др.) были разработаны источники сильноточных электронных пучков микросекундной длительности, которые успешно применяются для генерации рентгеновского и СВЧ-излучения, предыонизации и поддержания разряда в газовых лазерах, модификации поверхностных свойств материалов и др. Положительные результаты по улучшению поверхностных свойств материалов, полученные с помощью микросекундных сильноточных электронных пучков, позволяют предположить, что их применение для улучшения эксплуатационных

свойств лопаток ГТД также окажется перспективным.

Применение в качестве ИПЭ микросекундных интенсивных электронных пучков (МИЭП) по сравнению с другими имеет следующие преимущества:

- объемный характер энерговклада;

- большая глубина модифицированного слоя (10-100 мкм), которая может легко регулироваться изменением кинетической энергии электронов;

- высокая эффективность передачи энергии от источника к образцу;

- большая площадь поверхности, обрабатываемой за импульс.

Целью настоящей работы являлась разработка на основании исследований взаимодействия МИЭП с жаропрочными материалами технологического процесса улучшения эксплуатационных свойств лопаток ГТД с помощью модификации их поверхности МИЭП и опытного образца установки для реализации этого процесса.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

1) создать экспериментальную аппаратуру, обеспечивающую проведение исследований взаимодействия МИЭП с жаропрочными материалами;

2) определить параметры МИЭП, оптимальные для формирования модифицированных слоев толщиной не менее 20-25 мкм;

3) оптимизировать режимы электронно-пучковой обработки лопаток из жаропрочных материалов на основе исследований физико-химического состояния поверхностных слоев;

4) провести испытания образцов материалов и лопаток ГТД, прошедших электронно-пучковую обработку, на усталостную прочность, жаростойкость, эрозионную стойкость, коррозионную стойкость в условиях термоциклирования;

5) разработать опытный образец технологической установки для внедрения электронно-пучковой технологии улучшения эксплуатационных свойств в процесс серийного производства лопаток ГТД.

Работы проводились в соответствии с Федеральной целевой программой «Новая технологическая база на 2007-2015 годы»; аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы на 2006-2008 годы; проектом

РФФИ №05-08-01498; контрактами с Исследовательским центром Карлсруэ (Германия) на разработку, изготовление и поставку электронных ускорителей, а также модернизацию их узлов; проектами МНТЦ №975-98 и №975-98.2.

Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту.

1. Предложено для улучшения эксплуатационных свойств лопаток ГТД применить модификацию их поверхности с помощью МИЭП.

2. Определены и реализованы параметры МИЭП, обеспечивающие улучшение эксплуатационных свойств лопаток ГТД из жаропрочных материалов:

- энергия электронов Е=115-120 кэВ;

- длительность импульса т= 10-40 мкс,

- плотность энергии пучка \\г=18-20 Дж/см2 для титановых сплавов, \у=20-22 Дж/см' для жаропрочных сталей и \у=40-42 Дж/см2 для жаропрочных сплавов с покрытием СДП-2 при неравномерности распределения плотности энергии по сечению пучка <10%.

3. Разработана и реализована оригинальная конструкция электронного источника на основе многоострийного катода с управляющим разрядом, которая позволяет существенно улучшить однородность распределения плотности тока по сечению МИЭП, повысить стабильность и управляемость его параметров, что необходимо для реализации серийного процесса модификации поверхности лопаток ГТД.

4. Впервые получены экспериментальные данные о влиянии режимов обработки МИЭП на физико-химическое состояние поверхностных слоев жаропрочных материалов, применяемых для изготовления лопаток ГТД: изменение морфологии поверхности, перераспределение элементов, изменение микроструктуры, формирование сжимающих или растягивающих напряжений и др.

6. Обработка лопаток ГТД по разработанной методике позволяет

повысить предел выносливости лопаток из жаропрочных материалов на 10-40%, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление солевой коррозии при повышенных температурах - до 4 раз.

7. Предложена и реализована методика ремонта лопаток ГТД с помощью МИЭП, обеспечивающая удаление нагара с поверхности лопаток со скоростью до 50 мкм/импульс, а отработанных покрытий со скоростью до 20 мкм/импульс.

8. Разработана конструкция технологической установки, обеспечивающей обработку 40 лопаток 3 и 7 ступени ротора компрессора (КВД) и 1 ступени ротора турбины (ТВД) двигателя РДЗЗ за 4-8 часов (в зависимости от вида лопатки) в полностью автоматизированном режиме работы.

Практическая значимость работы.

Разработанные в рамках данной диссертационной работы методики улучшения эксплуатационных свойств и ремонта лопаток ГТД, а также опытный образец технологической установки для их реализации находятся на стадии внедрения в серийное производство лопаток ГТД на Московском машиностроительном предприятии им.В.В.Чернышева. Экономическая эффективность применения разработанного технологического процесса определяется увеличением межремонтных интервалов при эксплуатации и ресурса работы ГТД в целом, а также значительной экономией дорогостоящих материалов и средств на изготовление новых лопаток.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы докладывались на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах: У-ый Всесоюзный симпозиум по сильноточной электронике в 1984 году (г. Томск); 7-ая Международная конференция по мощным пучкам частиц в 1998 году (г. Карлсруэ, Германия); 1Х-ое и Х-ое Международное совещание по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине в 1998 и 2001 г.г. (г. Санкт-Петербург); 15-ая Международная конференция по мощным пучкам частиц в 2004 году (г Санкт-Петербург); 7-ая Международная практическая конференция-выставка "Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки" в 2005 г.

(г.Санкт-Петербург); 7-ая, 8-ая и 9-ая Международные конференции по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками в 2004, 2006 и 2008 г.г. (г. Томск); 6-ая и 7-ая Международные конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом» в 2005 и 2007г.г. (г. Минск, Беларусь).

Результаты работы опубликованы в 8 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 145 стр. и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 114 наименований и приложения. В работе представлено 110 рисунков и 20 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обсуждается актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, ее практическая значимость и пути реализации результатов исследований.

В первой главе показано, что взрывоэмиссионные источники в простейшем виде имеют не только достоинства, но и недостатки, которые проявляются наиболее существенно при работе в микросекундном диапазоне длительностей импульса и большой эмиссионной поверхности, когда параметры катодной плазмы и ее динамика оказывают сильное влияние на характеристики электронного потока. Повышение стабильности работы электронных источников и управляемость их параметров, требуемых для расширения области применения интенсивных импульсных электронных пучков, обеспечивает применение в качестве источника электронов многоострийных взрывоэмиссионных катодов (МВК), состоящих из большого числа острий, равномерно расположенных на металлической подложке требуемой геометрии и площади. При этом параметры электронного пучка зависят от одновременности взрыва острий, однородности распределения токов, протекающих в остриях, стабильности и однородности параметров катодной плазмы.

В.И.Энгелько с сотрудниками разработаны и созданы конструкции МВК, обеспечивающие однородное возбуждение эмиссии, однородность и стабильность катодной плазмы, малую скорость ее расширения в ускоряющий промежуток. Это

позволило создать источники планарных, аксиально симметричных, радиально сходящихся электронных пучков микросекундной и субмиллисекундной длительности.

Для реализации процесса модификации электронный пучок должен обеспечить нагрев поверхностных слоев материалов на глубину десятки микрон до температур фазовых переходов с максимально возможной скоростью. При этом предпочтительнее нагревать обрабатываемый слой без заметного вскипания расплавленной фазы, а также без значительных потерь энергии на теплопроводность внутрь массы материала, т.е. в режиме так называемого адиабатического нагрева. Проведенные расчетные и экспериментальные работы показали, что для модификации поверхности материалов оптимальными параметрами электронного пучка являются: энергия электронов 100-400 кэВ, плотность мощности на поверхности обрабатываемого материала 1-5 МВт/см2, длительность импульса 10-50 мкс. При таких параметрах пучка глубина модифицированного слоя составляет десятки (до ста) микрон. Исходя из этого, были созданы установки ГЕЗА-1 и ГЕЗА-2, предназначенные для проведения исследований по модификации свойств поверхности материалов импульсными электронными пучками. Параметры и внешний вид установок приведены в таблице 1 и на Рис. 1 и 2, соответственно.

Таблица 1

Параметры ГЕЗА-1 ГЕЗА-2

Энергия электронов, кэВ 50-150 100-400

Плотность мощности, МВт/см2 до 2 до 6

Диаметр пучка на мишени, см 5-10 4-6

Длительность импульса, мкс 4-40 5-250

В состав установок входят: электронный источник, высоковольтный импульсный генератор с устройством регулировки длительности импульса; магнитная система формирования и транспортировки пучка, канал транспортировки, камера обработки, механическая подставка с радиационной защитой, стойка управления.

Электронный источник триодного типа включает в себя высоковольтный изолятор, многоострийный взрывоэмиссионный катод, управляющую сетку и анод. Площадь эмиссионной поверхности катодов ГЕЗА-1 и ГЕЗА-2 составляет ~ 700 и 350 см2,

Рис.1. Установка ГЕЗА-1 Рис.2. Установка ГЕЗА-2

соответственно. Высоковольтные импульсные генераторы установок выполнены по схеме Аркадьева-Маркса и состоят из четырех (ГЕЗА-1) и шести (ГЕЗА-2) каскадов. Генератор установки ГЕЗА-1 -открытого исполнения, а генератор установки ГЕЗА-2 размещен в металлическом баке, заполняемом трансформаторным маслом. В качестве коммутаторов используются газонаполненные (азот или воздух под давлением 1-2 ати) искровые трехэлектродные разрядники.

Объем камеры обработки отделен от объема электронного источника каналом транспортировки, в котором расположен шиберный затвор, что позволяет размещать облучаемые образцы и изделия без нарушения вакуумных условий в электронном источнике и использовать различные камеры обработки. Давление остаточного газа в рабочем объеме порядка 10°-10"4 Topp.

Вторая глава посвящена методикам и оборудованию для электронно-пучковой обработки, исследований физико-химического состояния поверхностных слоев и испытаний образцов жаропрочных материалов (ЭП866ш, ВТ6, ВТ8, ВТ9, ЖС26НК и ЖС6У), а также лопаток ротора компрессора и турбины ГТД, серийное производство которых освоено (в частности, на ММП им.В.В.Чернышева), но не удовлетворяет требованиям эксплуатации при повышенных температурах, а также в районах с повышенным содержанием агрессивных компонентов.

Электронно-пучковая обработка образцов и лопаток осуществлялась, в основном, на ускорителе ГЕЗА-1 при кинетической энергии электронов Е= 100-130 кэВ. Плотность энергии

пучка на мишени, длительность импульса и количество импульсов варьировались в широких пределах: \у=15-60 Дж/см2, т=10-40 мкс, п=1-10. Исследования по удалению нагара и отработанных покрытий выполнялись также на ускорителе ГЕЗА-2 при плотности энергии пучка на мишени до 90 Дж/см2. Для равномерной обработки всей поверхности пера лопаток (спинка, корыто, входная и выходная кромка) лопатка в процессе обработки поворачивалась вокруг своей оси на угол, значение которого определялось формой лопатки.

Система измерений фиксировала параметры обработки в каждом импульсе (установки функционировали в режиме одиночных импульсов при скважности срабатывания 30-90 с), что позволило обеспечить высокую воспроизводимость условий обработки.

Для электронно-пучковой обработки образцов жаропрочных материалов и лопаток были разработаны, изготовлены и смонтированы на установке ГЕЗА-1 камера обработки, механизм позиционирования и набор технологических приспособлений.

Во второй главе рассмотрены также методики исследований физико-химического состояния поверхностных слоев и определения эксплуатационных свойств лопаток ГТД (усталостные испытания, эрозионные испытания, испытания на жаростойкость и на сопротивление солевой коррозии в условиях усталостного нагружения и термоциклирования), проведенных в тесной кооперации с кафедрой «Технологии производства двигателей летательных аппаратов» Московского авиационного института.

В третьей главе изложены результаты расчетных и экспериментальных работ по выбору оптимальных режимов электронно-пучковой обработки, при которых достигается устойчивое повышение эксплуатационных свойств деталей из жаропрочных материалов. Были проведены моделирование взаимодействия МИЭП с материалом, исследования морфологии поверхности, физико-химического состояния поверхностных слоев, испытания обработанных образцов и лопаток.

Моделирование взаимодействия МИЭП с материалами проводилось путем расчета распределения энерговклада пучка по глубине материала методом Монте-Карло с учетом многократного отражения электронов от мишени и катода, расчета пространственного и временного распределения температуры из уравнения теплопроводности с учетом процессов плавления и испарения, а также зависимости

теплофизических параметров материалов (теплоемкость и теплопроводность) от температуры. При проведении расчетов варьировались энергия электронов, плотность тока пучка и длительность импульса. Результаты расчетов удовлетворительно соответствуют экспериментальным данным. Это видно, в частности, из Рис.3, на котором приведены расчетная и измеренная зависимости толщины модифицированного слоя от плотности энергии пучка.

■40 -1

30-

10-

0-10

Результаты расчетов показали, в частности, что требуемая толщина модифицированного слоя (20-25 мкм) достигается при энергии электронов 100-120 кэВ и плотности энергии пучка 15-50 Дж/см2 (в зависимости от материала).

Численный анализ также показал, что при фиксированном значении плотности энергии пучка на мишени толщина модифицированного слоя практически не зависит от формы импульса напряжения и импульса тока и слабо зависит от длительности импульса электронного пучка в диапазоне длительностей, определяемом условием адиабатичности режима нагрева.

В результате оптимизации параметров электронного пучка по результатам исследований влияния плотности энергии в импульсе (15-60 Дж/см2) и числа импульсов (1+10) на морфологию поверхности и физико-химическое состояние материала поверхностных слоев образцов из жаропрочных материалов было установлено, что:

- облучение с плотностью энергии \у= 18-20 Дж/см2 (для сплавов ВТ8 и ВТ9), ш=20-22 Дж/см2 (для стали ЭП866ш) и w=40-42 Дж/см2 (для сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2) обеспечивает выглаживание

¡/I ~ 130 kV, steel

1У -calculation

I ■ experiment

20 30 40 50 60 70 SO

w, J/cm2

Рис.3 Зависимость толщины модифицированного слоя от плотности энергии пучка

поверхности, снижая исходную шероховатость образцов от Яа =0,15-0,21 мкм до Яа =0,09-0,10 мкм для сплавов ВТ8 и ВТ9, от =0,17-0,25 мкм до Яа =0,10-0,12 мкм для стали ЭП866ш и от =1,58-2,12 мкм до Ка =0,27-0,32 мкм для покрытия СДП-2 (Рис.4а-4б);

- оптимальное число импульсов при этом составляет: 3 - для стали ЭП866ш и сплавов ВТ8 и ВТ9 и 5 - для сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2;

- облучение с более высокими плотностями энергии ^>26-28 Дж/см для стали ЭП866ш, ы>24-26 Дж/см2 для сплавов ВТ8 и ВТ9, \у>45-50 Дж/см2 для жаропрочных сплавов) сопровождается формированием

а б в

Рис. 4. Морфология поверхности образцов из стали ЭП866ш: а - исходное состояние;

б - состояние после облучения при плотности энергии w=20-22 Дж/см2; в - состояние после облучения при плотности энергии w=26-28 Дж/см2.

Результаты проведенных металлографических и структурных исследований облученных образцов показали, что при обработке МИЭП даже в оптимальных с точки зрения морфологии поверхности режимах формируются остаточные напряжения: как сжимающие (сплав ВТ6, до 300 МПА), так и растягивающие (сплавы ВТ8, ВТ9 и ЭП866ш, до 400 МПа), что может стать причиной снижения жаростойкости, коррозионной стойкости и, особенно, усталостной прочности. Было установлено, что проведение финишной вакуумной термической (при температуре 550°С в течение 6 часов для титановых сплавов, 650°С в течение 6 часов - для жаропрочных сталей и 1050°С в течение 2 часов - для жаропрочных сплавов) или термомеханической (при температуре 450 С и циклическом нагружении 120-150 МПа в течение 4 часов) обработки облученных образцов позволяет полностью снять растягивающие и создать

небольшие (до 200 МПА) остаточные сжимающие напряжения и тем самым обеспечить повышение эксплуатационных характеристик.

Также установлено, что в результате электронно-пучковой обработки в оптимальных режимах наблюдается перераспределение элементов в поверхностном слое: преимущественный выход на поверхность хрома - для никелевых сплавов и жаропрочных сталей, и алюминия - для титановых сплавов (Рис 5); что способствует повышению таких эксплуатационных характеристик, как жаростойкость и сопротивление солевой коррозии при повышенных температурах.

100-г

80£

60-

1 40-

о! о

в исходном состоянии

80-г

70-

60-

га 50-

о 401

с 30-

8 с 20-

о 10,

-В--□-

—a—AI

-A-Ti —▼— V

после облучения МИЭП

при £=115-120 кэВ, w=18-20 Дж/см2, п= 3 импульса.

0 20 40 60 80 100

depth, nm

Рис.5. Распределение элементов в поверхностном слое серийных лопаток из сплава ВТ6 На основании данных о распределении структурно-фазового состояния и значений микротвердости, измеренных в различных

точках поверхности, определено, что однородное физико-химическое состояние материала по всей поверхности лопатки достигается при п>4 импульса для жаропрочных сталей и п>2 импульса для титановых сплавов. В случае же покрытия СДП-2 число импульсов не должно превышать 4, т.к. уже после 5 импульсов заметен процесс эрозии материала в поверхностном слое покрытия, который приводит к развитию пористости и уменьшению толщины покрытия.

Установлено, что обработка МИЭП, наряду с модификацией свойств лопаток турбины, таких как усталостная прочность, жаростойкость и сопротивление солевой коррозии, может быть использована в качестве метода контроля адгезии покрытия к подложке.

Важным результатом исследований по оптимизации параметров МИЭП является то, что устойчивое повышение эксплуатационных свойств достигается в узком диапазоне плотности энергии пучка для каждого из исследованных жаропрочных материалов, что предъявляет высокие требования к однородности распределения плотности тока по сечению пучка, воспроизводимости его параметров от импульса к импульсу и точности регулировки длительности импульса.

Для повышения однородности распределения плотности тока по сечению пучка, повышения стабильности и управляемости его параметров, что необходимо для реализации серийного процесса модификации поверхности лопаток ГТД, был разработан и создан многоострийный катод с управляющим разрядом (МКУР), в конструкцию которого по сравнению с МВК введены два новых элемента: разрядный электрод и стабилизирующая сетка, размещенная на фокусирующем электроде. МКУР обладает следующими достоинствами: возможность управления током пучка независимо от внешнего электрического поля; отсутствие влияния ускоряющего электрического поля на работу катода; практически полное отсутствие влияния разброса геометрии острий на характеристики электронного пучка; существенно меньший угловой разброс электронов; пониженная чувствительность к влиянию анодных процессов. На Рис. 6 представлены распределения плотности тока пучка на мишени, полученные с применением МВК и МКУР.

Е о

18 19 20 21 22 23 24

I, ст

Рис.6. Распределение плотности тока пучка на мишени для МВК (а) и МКУР (б) в разные моменты времени

Видно, что применение МКУР позволяет получить более равномерное распределение плотности тока на мишени.

В четвертой главе рассмотрено влияние электронно-пучковой обработки на эксплуатационные свойства лопаток ГТД.

На основании проведенных испытаний образцов и лопаток из жаропрочных материалов, обработанных электронным пучком в различных режимах, показано, что, используя обработку МИЭП при энергии электронов 115-120 кэВ и плотности энергии 18-20 Дж/см2, 20-22 Дж/см2 и 40-42 Дж/см2 для титановых сплавов, жаропрочных сталей и жаропрочных сплавов с покрытием СДП-2, соответственно,

удается повысить характеристики лопаток из титановых сплавов: предел выносливости - от 10 до 40 % (Рис.7), эрозионную стойкость -более чем в 2 раза (Рис.8), жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 4 раза; лопаток из жаропрочной стали: предел выносливости - до 10 %, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза (Рис.8), жаростойкость -более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 3 раза; лопаток из жаропрочных сплавов: предел выносливости

- до 10 %, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость

- более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии -более чем в 4 раза.

Рис. 7. Результаты усталостных испытаний образцов из титанового сплава ВТ8 в исходном состоянии (1) и после электронно-пучковой обработки (2, 3) 4 импульсами при у,'= 18-20 Дж/см; 2-е финишной термообработкой, 3 - без финишной термообработки.

Рис. 8. Эрозионные кривые для лопаток из сплава ВТ8 в исходном состоянии и после электронно-пучковой обработки при \у=18-20 Дж/см2.

20 30 40 50 песчаная нагрузка, мг/мм*

Из данных, приведенных на Рис. 7, видно, что повышение предела

выносливости обеспечивается только после проведения финишной термообработки.

В таблице 1 представлены результаты проведенных, испытаний лопаток компрессора из жаропрочной стали ЭП866ш, которые свидетельствуют об увеличении с помощью электронно-пучковой обработки сопротивления окислению лопаток из стали ЭП866ш в 3 раза.

Таблица 1

Результаты испытаний на жаростойкость лопаток из стали ЭП866ш в течение 500 часов при температуре 600°С в исходном состоянии и после обработки МИЭП при

Е=115-120 кэВ.

Параметры обработки Толщина окисленного слоя h0, мкм

№ Плотность энергии w, Дж/см2 Число импульсов п, импульс

1 - - 45+5

2 20-22 5 15+4

3 26-28 5 50+5

4 32-36 5 55+5

5 50-52 5 50+5

6 20-22 1 18±4

На Рис. 9 приведены фотографии лопаток из стали ЭП866ш в исходном состоянии и после электронно-пучковой обработки при различных плотностях энергии пучка, прошедших испытания на сопротивление солевой коррозии в условиях термоциклирования (нагрев до 600°С - охлаждение в морской воде до 25°С, число циклов -20).

^ . Рис. 9. Внешний

"** 'н вид лопаток из Я стали ЭП866ш

после испытаний на сопротивление • , солевой коррозии:

5 импульсов;

.шШшВшШШР' состояние;

в - w=26-28 Дж/см2, 5 импульсов.

Видно, что электронно-пучковая обработка при оптимальных режимах позволяет существенно повысить коррозионную стойкость лопаток.

Показано, что МИЭП могут успешно использоваться для ремонта лопаток. На Рис.10 приведен шлиф образца с частично удаленным (справа) отработанным покрытием. Установлены скорости уноса различных покрытий в зависимости от поверхностной плотности энергии за импульс: -5 мкм/имп. при 60 Дж/см , А120з-У20з - 4-5 мкм/имп. при 60 Дж/см: и 12-15 мкм/имп. при 80 Дж/см". ТЖВ -7-8 мкм/имп. при 60 Дж/см2 и 16-18 мкм/имп. при 80 Дж/см2. Полученные кинетические кривые удаления покрытий и СДП-2 представлены на Рис. 11.

-я—ггЫ (26 мкм) -в— МЮгА1У (100 мкм)

40 50 60 70 80 плотность энергии, Дж/см2

Рис. 11. Кинетика удаления

поверхностного слоя материала лопаток из сплавов ВТ9 с покрытием из и ЖС26НК с покрытием СДП-2 за 1 импульс

Установлено, в частности, что уже за два импульса при плотности энергии >у=22-24 Дж/см2 удается полностью удалить нагар (поверхностные слои, состоящие из продуктов сгорания топлива толщиной до 100 мкм) с поверхности лопаток из жаропрочной стали ЭП86бш после эксплуатации на двигателе в рабочих условиях, при этом шероховатость поверхности составляет 0.14-0.16 мкм.

Пятая глава посвящена разработке опытного образца электронно-пучковой установки для модификации лопаток ГТД с параметрами МИЭП, определенными в результате проведенных исследований, а именно:

- кинетическая энергия электронов Е=115-120 кэВ;- длительность импульса т= 10-40 мкс;

- плотность энергии пучка на лопатке м*=15-50 Дж/см2 при неравномерности распределения по сечению пучка не более 10%.

При разработке конструкции было учтено, что в соответствии с согласованным с ММП им.В.В.Чернышева алгоритмом обработки лопаток 3 и 7 ступени ротора компрессора (КВД) и 1 ступени ротора турбины (ТВД) двигателя РДЗЗ общее количество загружаемых в камеру лопаток должно составлять 40 штук. Система управления должна обеспечивать полную автоматизацию процесса обработки с фиксацией условий обработки каждым импульсом.

Приведены результаты численного моделирования формирования МИЭП с требуемыми параметрами, моделирования и макетирования отдельных узлов установки (высоковольтный импульсный генератор, электронный источник на основе МКУР, магнитная система формирования и транспортировки пучка, система вакуумной откачки).

Источником высоковольтного питания установки является генератор Маркса на формирующих линиях с корректирующими КС-ячейками. Количество ступеней - 4, каждая из которых состоит из четырех ЬС-ячеек и корректирующей И-С-ячейки. Для коммутации используются газовые (азот или воздух под давлением 1-2 ати) трехэлектродные разрядники. Генератор располагается в металлическом баке, там же располагается высоковольтная часть системы запуска генератора и система распределения потенциалов на электродах источника.

Численная оптимизация системы питания установки, выполненная

с учетом нелинейности нагрузки, позволила обеспечить практически постоянное напряжение на промежутке катод-сетка в течение примерно 45 мкс. При напряжении на катоде 120 кВ ток пучка равен ~ 700 А, что обеспечивает требуемую плотность энергии на поверхности лопаток. На Рис. 12 и 13 показаны расчетные импульсы катодного и сеточного напряжений и тока на образец при зарядном напряжении конденсаторов высоковольтного генератора 60 кВ.

Рис. 12. Расчетные осциллограммы катодного, сеточного напряжений и напряжения катод-сетка.

Рис. 13. Расчетные осциллограммы тока на мишень и сетку.

Электронный источник триодного типа с МКУР размещается в отдельном металлическом баке. Там же размещаются высоковольтный узел устройства регулировки длительности импульса, обостряющий разрядник и обостряющий конденсатор на

рабочее напряжение 120 кВ; диагностическое оборудование для измерений общего тока, тока на сетку, тока на мишень, напряжения на катоде и на ускоряющей сетке.

Магнитная система, состоящая из 4 катушек, запитываемых от двух независимых источников питания, обеспечивает формирование электронного пучка и его транспортировку без потерь электронов в канале транспортировки; требуемую компрессию электронного пучка; возможность изменения диаметра пучка на мишени. На Рис 14 и 15 представлены расчетные распределения плотности тока пучка для режимов с плотностью энергии на лопатке 20 и 50 Дж/см2, соответственно.

Рис.15. Расчетное распределение плотности тока на мишени для режимов с плотностью энергии на лопатке 50 Дж/см2

1-10 1 ] 1 4 I I Г I Я пучка, ем

Видно, что в режиме модификации диаметр однородной части пучка составляет 10 см, при этом вся поверхность лопатки перекрывается за 1 импульс. В режиме ремонта лопатку надо перемещать под пучком.

Управление установкой и контроль процесса обработки лопаток осуществляется с удаленного пульта управления (АРМ оператора).

В заключении сформулированы итоги диссертационной работы:

1.Предложено для улучшения эксплуатационных свойств лопаток ГТД модифицировать их поверхностные слои МИЭП.

2.Созданы экспериментальные установки, аппаратура и технологические приспособления для проведения электронно-пучковой обработки образцов материалов и изделий, измерения параметров пучка и исследования свойств материалов.3.Расчетным путем показано, что оптимальными для модификации материалов, применяемых для изготовления лопаток, являются следующие параметры электронного пучка: кинетическая энергия электронов Е= 100-120 кэВ, длительность импульса х= 10-40 мкс, плотность энергии пучка на мишени \у=15-50 Дж/см2.

4.Разработана методика и проведены исследования по электронно-пучковой модификации образцов и лопаток из жаропрочной стали ЭП866ш, жаропрочных сплавов (ЖС26НК и ЖС6У) с покрытием СДП-2 и титановых сплавов (ВТ6, ВТ8 и ВТ9).

5.Установлено, что облучение электронным пучком с энергией электронов Е=115-120 кэВ и плотностью энергии \у=18-20 Дж/см2 (для сплавов ВТ8 и ВТ9), \у=20-22 Дж/см2 (для стали ЭГОббш) и \у=40-42 Дж/см2 (для сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2) обеспечивает выглаживание поверхности, снижая исходную шероховатость образцов от Ла =0,15-0,21 мкм до Ка =0,09-0,10 мкм для сплавов ВТ8 и ВТ9, от 11а =0,17-0,25 мкм до 11а =0,10-0,12 мкм для стали ЭП866ш и от К.а =1,58-2,12 мкм до К.а =0,27-0,32 мкм для покрытия СДП-2.

6.Показано, что после облучения в поверхностных слоях лопаток формируются остаточные растягивающие напряжения, для устранения которых необходима финишная вакуумная термообработка.

7.Получена информация о перераспределении легирующих элементов в исследуемых материалах: облучение в оптимальных режимах и финишная термообработка приводят к увеличению содержания в поверхностных слоях алюминия для титановых сплавов и хрома для никелевых сплавов и жаропрочных сталей, что обеспечивает повышение основных служебных свойств лопаток ГТД, прежде всего, сопротивления окислению и солевой коррозии, а также (в меньшей степени) усталостной прочности. Кроме того, финишная

термообработка после облучения приводит к более однородному распределению элементов по глубине и очистке поверхности от примесей углерода и кислорода.

8.Определена оптимальная процедура модификации поверхности лопаток МИЭП:

- титановые сплавы: энергия электронов Е=115-120 кэВ, плотность энергии 18-20 Дж/см2, число импульсов п=3;

- жаропрочные стали: энергия электронов Е=115-120 кэВ, плотность энергии 20-22 Дж/см2, число импульсов п=4;

- жаропрочные сплавы с покрытием СДП-2: энергия электронов Е=115-120 кэВ, плотность энергии 40-42 Дж/см2, число импульсов п=4.

- для стабилизации физико-химического состояния поверхностных слоев лопаток необходима операция финишной термообработки в вакууме при температуре, несколько превышающей температуру эксплуатации лопаток.

9.Установлено, что применение обработки МИЭП позволяет повысить следующие характеристики лопаток из титановых сплавов: предел выносливости - от 10 до 40 %, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 4 раза; лопаток из жаропрочной стали: предел выносливости - до 10 %, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 3 раза; лопаток из жаропрочных сплавов: предел выносливости - до 10 %, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 4 раза.

Ю.Показана перспективность применения МИЭП для ремонта лопаток ГТД.

11 .Разработан и изготавливается опытный образец электронно-пучковой установки для внедрения в серийном производстве лопаток ГТД (двигатели РДЗЗ и РД1700) на ММП им. В. В. Чернышева.

Основные результаты диссертации опубликованы в

следующих работах:

1. Ковалев В.Г., Марков В.Б., Никонов Л.Г., Печерский О.П., Ройфе И.М., Савельев Ю.М., Ткаченко К.И., Энгелько В.И. Формирование трубчатых сильноточных электронных пучков микросекундной длительности с помощью многоострийных взрывоэмиссионных катодов // Тезисы докладов V-ro Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике, 22-24 мая 1984 г., Томск, ИСЭ СО АН СССР.

2. Engelko V.I., Kovalev V.G., Komarov O.L., Pechersky O.P., Saveljev Yu.M., Tkachenko K.I. High current long pulse electron diode operation in rising magnetic field // Proceedings of the 7th International Conference on High-Power Particle Beams. Karlsruhe, Germany. 1988, Vol.11, p.1037-1041.

3. Ковалев В.Г., Комаров O.Jl., Печерский О.П., Савельев Ю.М., Ткаченко К.И., Энгелько В.И. Об ограничении длительности электронного пучка, формируемого в сильноточном диоде в нарастающем магнитном поле // ЖТФ, 1990, т.60, в. 1, с. 133-140.

4. Энгелько В.И., Андреев А.Д., Беручев Н.Г., Комаров O.JL, Перегудов В.Г., Петухов А.А., Ткаченко К.И., Мюллер Г. Ускоритель электронов ГЕЗА-2 для импульсной термообработки материалов // Тезисы докладов IX-го Международного совещания по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине. 22-24 сентября 1998, Санкт-Петербург, с.22.

5. Engelko V., Mueller G., Andreev A., Berutchev N., Komarov O., Petuchov A., Tkachenko K. Pulsed electron beams facilities (GESA) for surface treatment of materials // Труды Х-го Международно промышленности и медицине. 1-4 октября 2001, Санкт-Петербург, с.412-417.

6. Shulov V.A., Engelko V.I., Mueller G., Tkachenko K.I., Paikin A.G., Belov A.B. Mechanisms of element redistribution into the surface layer of refractory alloy parts during their irradiation by intense pulsed electron beams // Proceedings of 15th International Conference on High-Power Particle Beams. 18-23 July 2004, Saint-Petersburg, Russia, p.647-650.

7. Shulov V.A., Engelko V.I., Mueller G., Tkachenko K,I., Paikin A.G., Belov A.B., Lvov A.F. The effect of surface treatment with intense pulsed electron beams on the oxidation resistance of Ni-base superalloy turbine blades with NiCrAlY coating // Proceedings of 7th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. 25-30 July 2004, Tomsk, Russia, pp. 293296.

8. Белов А.Б., Львов А.Ф., Пайкин А.Г., Шулов В.А., Энгелько В.И., Ткаченко К.И., Овчинников Д.В., Ковалев В.Г. Перспективы применения концентрированных импульсных потоков энергии для изготовления и ремонта деталей машин // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: Труды 7-ой Международной практической конференции-выставки, апрель 2005, Санкт-Петербург, с. 538556.

9. Ткаченко К.И., Шулов В.А, Энгелько В.И. Технологические основы модификации поверхности деталей из жаропрочных никелевых сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков// Взаимодействие излучений с твердым телом: Труды 6"ои международной конференции, октябрь 2005, Минск, Беларусь, с. 402-405.

10. Shulov V.A., Engelko V.I., Tkachenko K.I., Paikin A.G., Kraynikov A.V., Lvov A.F. Mechanisms of operating property alterations of EP866sh and ЕР718Ш steel blades modified by intense pulsed electron beams // Известия вузов. Физика. - 2006, №8, с. 248-250.

11. Shulov V.A., Engelko V.I., Tkachenko K.I., Paikin A.G., Kraynikov го совещания по применению ускорителей заряженных частиц в A.V., Lvov A.F., Teryaev A.D. Mechanisms of operating property alterations of a+fi-titanium alloy blades modified by intense pulsed electron beams // Известия вузов. Физика. - 2006, №8, с. 251-254.

12. Энгелько В.И., Ткаченко К.И., Белов А.Б., Крайников А.В., Львов А.Ф., Пайкин А.Г., Ткаченко К.И., Шулов В.А., Энгелько В.И., Ремнев Г.Е. Перспективы применения концентрированных импульсных потоков энергии при изготовлении и ремонте деталей машин. ч.1. Физико-химическое состояние // Двигатель, 2006, №1(43), с. 6-8.

13. Белов А.Б., Крайников A.B., Львов А.Ф., Пайкин А.Г., Ткаченко К.И., Шулов В.А., Энгелько В.И., Ремнев Г.Е. Перспективы применения концентрированных импульсных потоков энергии при изготовлении и ремонте деталей машин. ч.2. Свойства // Двигатель, 2006, №2(44), с. 8-11.

14. Крайников A.B., Пайкин А.Г., Шулов В.А., Быценко O.A., Ткаченко К.И., Энгелько В.И. Модификация сильноточными импульсными электронными пучками жаростойкого вакуумно-дугового покрытия NiCrAlY, нанесенного на поверхность лопаток из никелевого сплава ЖС26НК. // Взаимодействие излучений с твердым телом: Материалы 7-ой Международной конференции, 26-28 сентября 2007 г., Минск, Беларусь, с. 197199.

15. Пайкин А.Г., Крайников A.B., Шулов В.А., Быценко O.A., Чикиряка A.B. Технологические основы модифицирования поверхности деталей из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойким NiCrAlY покрытием с применением сильноточных импульсных электронных пучков // Физика и химия обработки материалов, 2008, №3, с. 56-60.

16. Крайников A.B., Пайкин А.Г., Шулов В.А., Быценко O.A., Ткаченко К.И., Энгелько В.И. Модификация сильноточными импульсными электронными пучками жаростойкого вакуумно-дугового покрытия NiCrAlY, нанесенного на поверхность лопаток из никелевого сплава ЖС26НК // Взаимодействие излучений с твердым телом: Материалы 7-ой Международной конференции, 26-28 сентября 2007 г., Минск, Беларусь, с. 197-199.

17. Пайкин А.Г., Крайников A.B., Шулов В.А., Быценко O.A., Энгелько В.И., Ткаченко К.И., Чикиряка A.B. Технологические основы модифицирования поверхности деталей из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойким NiCrAlY покрытием с применением сильноточных импульсных электронных пучков // Физика и химия обработки материалов, 2008, №3, с. 56-60.

18. Krainikov A.V., Paykin A. G., Shulov V. A., Bytzenko О. A., Engelko V. I., Tkachenko K.I. Modification of Refractory Arc -Vacuum NiCrAlY Coatings Deposited on the Surface of Nickel-Base Alloy Blades with Intense Pulsed Electron Beams // Материалы 9-ой Международной конференции "Модификация материалов пучками заряженных частиц и плазменными потоками", Томск, 2008. с. 475-477.

Подписано к печати 14.11.2008 г. Формат 60x90/16. Уч.-изд-л. 1,2 Тираж 80 экз. Заказ № 2/76 Отпечатано в ФГУП «НИИЭФА им.Д.В.Ефремова»

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Ткаченко, Константин Иванович

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОЛУЧЕНИЕ МИКРОСЕКУНДНЫХ ИНТЕНСИВНЫХ 11 ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ (МИЭП)

1.1. Генерация импульсных электронных пучков на основе 11 многоострийных взрывоэмиссионных катодов

1.2. Исследовательские установки для модификации поверхностных 15 свойств материалов

2. АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ 23 ОБРАБОТКИ, ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ И ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЛОПАТОК ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГТД)

2.1. Материалы, модельные образцы и детали для исследований

2.2. Оборудование и методика электронно-пучковой обработки

2.3. Оборудование и методики исследования состояния 31 поверхностных слоев образцов и лопаток

2.4. Методики определения эксплуатационных свойств лопаток

3. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИЭП ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ 45 ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦОВ ЖАРОПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЛОПАТОК ГТД

3.1. Численное моделирование взаимодействия МИЭП с 46 жаропрочными материалами

3.2. Оптимизация параметров МИЭП

4. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА 76 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЛОПАТОК ГТД

4.1. Усталостная прочность

4.2. Жаростойкость

4.3. Эрозионная стойкость

4.4. Сопротивление солевой коррозии в условиях 91 термоциклирования

4.5. Удаление нагара и отработанных покрытий

4.6. Испытания лопаток на технологическом изделии

5. РАЗРАБОТКА ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ЭЛЕКТРОННО- 103 ПУЧКОВОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ЛОПАТОК ГТД

5.1. Расчет основных параметров установки

5.2. Краткое описание конструкции установки

Введение диссертация по физике, на тему "Применение микросекундных интенсивных электронных пучков для улучшения эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей"

Актуальность работы.

На протяжении последних 20 лет в авиационном двигателестроении на первом месте находятся проблемы снижения затрат на производство и эксплуатацию двигателей при снижении их веса и повышении рабочих характеристик на базе уже созданных материалов при максимально возможном увеличении эффективности использования этих материалов для изготовления наиболее нагруженных компонентов ГТД. Поэтому повышение уровня эксплуатационных свойств наиболее нагруженных и дорогостоящих деталей и узлов проточной части турбины ГТД (прежде всего лопатки и диски компрессора и турбины), изготавливаемых из жаропрочных материалов, является наиболее важной задачей авиационного двигателестроения [1]. Для решения этой задачи в последнее время особое внимание уделяется развитию наиболее прогрессивных методов инженерии поверхности деталей, изготовленных из жаропрочных сталей, жаропрочных никелевых сплавов с жаростойкими покрытиями и титановых сплавов, и предельно быстрому внедрению созданных на их основе техпроцессов в промышленность [2-4]. Среди таких методов можно выделить, прежде всего, нанесение гальванических покрытий, химико-термическая обработка (альфирование, азотирование, гидрирование и др.), детонационное упрочнение, плазменное нанесение покрытий, вакуумно-плазменная технология высоких энергий, электроискровой метод, анодирование, лазерная обработка, виброгалтовка, наклеп стальными шариками на ультразвуковых установках, ультразвуковое упрочнение, микродуговое оксидирование и др. В настоящее время проводятся активные исследования, имеющие целью разработку и продвижение методов улучшения свойств материалов (таких как, твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость) посредством обработки поверхности материалов интенсивными потоками энергии (ИПЭ) [5-14], такими как электронные и ионные пучки, лазерное излучение и потоки плазмы. Большой интерес к этим методам объясняется следующими особенностями: 1) изменение традиционных методов модификации свойств поверхности (гальваническое, вакуумно-дуговое или ионно-плазменное покрытия и т.п.) на модификацию с помощью ИПЭ позволяет экономить электрическую энергию, повысить интенсивность производства, существенно уменьшить или даже полностью исключить вредное влияние на экологию; 2) в результате обработки ИПЭ формируется уникальное физико-химическое состояние материала поверхностного слоя, возможно также получение состояний материала, которые не могут быть реализованы при нормальных условиях (метастабильные состояния - аморфные или мелкокристаллические структуры, однородные фазовые композиции и т.п.); 3) модификации подвергаются только поверхностные слои без изменения физико-химического состояния материалов в объеме детали. Кроме того, обработка поверхности деталей из жаропрочных сталей, жаропрочных никелевых и титановых сплавов (далее - жаропрочных материалов) пучками заряженных частиц позволяет решить многие проблемы, связанные с «технологической наследственностью» при реализации различных операций технологического процесса изготовления этих деталей, что особо подчеркивается в публикациях одного из ведущих специалистов ЦИАМ Петухова А.Н. [3].

Среди вышеперечисленных методов поверхностной обработки, базирующихся на использовании ИПЭ, наиболее перспективным представляется использование микросекундных интенсивных электронных пучков. Применение в качестве ИПЭ микросекундных интенсивных электронных пучков (МИЭП) по сравнению с другими имеет следующие преимущества:

- объемный характер энерговклада;

- высокая эффективность передачи энергии от источника к образцу;

- большая площадь поверхности, обрабатываемой за импульс.

Выпускаемые по серийной технологии лопатки ГТД обеспечивают ресурс эксплуатации двигателя в течение 1000 часов. Однако, для двигателей следующих поколений необходимо значительное увеличение ресурса при повышении рабочей температуры, прочностных и коррозионных характеристик его основных компонентов. Наиболее актуальной задача повышения коррозионной стойкости стала в последнее время в связи с перспективой развития палубной авиации в России и расширением рынка сбыта продукции за счет развивающихся, стран экваториальной части Индийского и Тихого океанов, т.е. при эксплуатации двигателя в районах с высокой влажностью и при повышенном содержании в окружающей среде агрессивных элементов, входящих в состав различных солей (хлор-ион, йод-ион, бром-ион, БОз - ион и др.). Кроме того, при эксплуатации двигателей в районах с повышенным содержанием песка (Средняя Азия, Африка, Австралия) актуальной становится защита от эрозионного воздействия мелкодисперсными высокоскоростными частицами, наиболее опасного на начальной и конечной стадии полета (взлет и посадка), которое приводит к уносу материала поверхностного слоя и формированию на поверхности микронеоднородностей в .форме кратеров; являющихся концентраторами напряжений. В конечном счете, эксплуатация двигателей в районах с повышенным содержанием агрессивных компонентов требует проведения преждевременных ремонтных мероприятий, что может снижать ресурс эксплуатации изделия в несколько раз.

Таким образом, актуальность данной работы в научном плане определяется необходимостью развития новых методов улучшения усталостной прочности, коррозионной и эрозионной стойкости жаропрочных материалов, обеспечивающих длительную эксплуатацию ГТД при высоких температурах (1400-1500°С) и высоких постоянных и знакопеременных нагрузках.

Для реального продвижения обработки МИЭП, в частности, в процесс производства лопаток ГТД, необходимо оборудование с большой площадью поперечного сечения электронного пучка, широким диапазоном плотности мощности пучка на мишени, которое позволяет сформировать модифицированные слои толщиной не менее 20-25 мкм, что особенно важно для повышения жаростойкости и эрозионной стойкости материалов. Для решения данной задачи необходимо обеспечить:

1. проведение экспериментальных и теоретических исследований взаимодействия МИЭП с жаропрочными материалами с целью определения факторов, влияющих на их свойства после обработки;

2. подготовку научно-технической базы для создания промышленных установок для улучшения свойств материалов с помощью МИЭП;

В этой связи целью настоящей работы являлось разработка на основании исследований взаимодействия МИЭП с жаропрочными материалами технологического процесса улучшения эксплуатационных свойств лопаток ГТД с помощью модификации их поверхности МИЭП и опытного образца установки для реализации этого процесса.

Для достижения цели было необходимо решить следующие задачи:

2) определить параметры МИЭП, оптимальные для формирования модифицированных слоев толщиной не менее 20-25 мкм;

5) разработать опытный образец технологической установки для внедрения электронно-пучковой технологии улучшения эксплуатационных характеристик в процесс серийного производства лопаток ГТД.

Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту.

- энергия электронов Е=115-120 кэВ;

- длительность импульса т= 15-40 мкс,

- плотность энергии пучка \¥=18-20 Дж/см2 для титановых сплавов, \у=20-22 Л

Дж/см для жаропрочных сталей и \у=40-42 Дж/см" для жаропрочных сплавов с покрытием СДП-2 при неравномерности распределения плотности энергии по сечению пучка < 10%.

5. Разработана методика электронно-пучковой обработки лопаток ГТД, обеспечивающая повышение усталостной прочности, коррозионной и эрозионной стойкости: облучение МИЭП с параметрами, указанными в п. 3, 3 импульсами для лопаток из титановых сплавов и 4 импульсами для лопаток из жаропрочных сталей и жаропрочных сплавов с покрытием СДП-2 с последующей термической (при температуре 550°С в течение 6 часов для титановых сплавов, 650°С в течение 6 часов - для жаропрочных сталей и 1050°С в течение 2 часов - для жаропрочных сплавов) или термомеханической (при температуре 450-550°С и циклическом нагружении 120-180 МПа в течение 4 часов) обработкой в вакууме.

6. Обработка лопаток ГТД по разработанной методике позволяет повысить предел выносливости лопаток из жаропрочных материалов, на 10-40%, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление солевой коррозии при повышенных температурах - до 4 раз.

8. Разработана конструкция технологической установки, обеспечивающей обработку 40 лопаток 3 и 7 ступени ротора компрессора (КВД) и 1 ступени турбины (ТВД) двигателя РДЗЗ за 4-8 часов.(в зависимости от вида лопатки) в полностью автоматизированном режиме работы.

Практическая значимость работы.

Личный вклад автора

Автор принимал непосредственное участие в создании исследовательских установок ГЕЗА-1 и ГЕЗА-2, предложил применить модификацию поверхности лопаток ГТД с помощью МИЭП для улучшения их эксплуатационных свойств; 9 провел исследования по выбору оптимальных режимов электронно-пучковой обработки лопаток ГТД; разработал методику электронно-пучковой обработки лопаток ГТД из жаропрочных материалов, обеспечивающую значительное улучшение их эксплуатационных свойств. Автор получил экспериментальные данные о влиянии режимов электронно-пучковой и термической обработок на эксплуатационные свойства модельных образцов и лопаток из жаропрочных материалов, об изменении физико-химического состояния поверхностных слоев лопаток из жаропрочных материалов при их обработке МИЭП, показал перспективность применения МИЭП для ремонта лопаток ГТД. При его активном участии разработан опытный образец установки для модификации поверхности лопаток ГТД.

Апробация работы.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, из них 8 в ведущих рецензируемых научных журналах.

Заключение диссертации по теме "Физика пучков заряженных частиц и ускорительная техника"

5. Основные результаты исследований заключаются в следующем:

- облучение электронным пучком с энергией электронов Е= 115-120 кэВ и л плотностью энергии \у=18-20 Дж/см (для сплавов ВТ8 и ВТ9), \у=20-22 Дж/см2 (для стали ЭП866ш) и \у=40-42 Дж/см2 (для сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2) обеспечивает выглаживание поверхности, снижая исходную шероховатость образцов от =0,15-0,21 мкм до 11а =0,09-0,10 мкм для сплавов ВТ8 и ВТ9, от 11а =0,17-0,25 мкм до =0,10-0,12 мкм для стали ЭП866ш и от Яа =1,58-2,12 мкм до =0,27-0,32 мкм для покрытия СДП-2;

- показано, что после облучения формируются значительные остаточные как растягивающие, так и сжимающие напряжения; проведение финишной вакуумной термообработки приводит к полному снятию растягивающих и формированию небольших (до 200 МПа) сжимающих напряжений и тем самым обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик;

- получена информация о перераспределении легирующих элементов в исследуемых материалах: облучение в оптимальных режимах и финишная термообработка приводят к увеличению содержания в поверхностных слоях алюминия для титановых сплавов и хрома для никелевых сплавов и жаропрочных сталей, что обеспечивает повышение основных служебных свойств лопаток ГТД, прежде всего, сопротивления окислению и солевой коррозии, а также (в меньшей степени) усталостной прочности. Кроме того, финишная термообработка после облучения приводит к более однородному распределению элементов по глубине и очистке поверхности от примесей углерода и кислорода.

6. Определена оптимальная процедура модификации поверхности лопаток МИЭП:

- титановые сплавы: энергия электронов Е=115-120 кэВ, плотность энергии Л

18-20 Дж/см , число импульсов п=3;

- жаропрочные стали: энергия электронов Е=115-120 кэВ, плотность энергии 20-22 Дж/см , число импульсов п=4;

- жаропрочные сплавы с покрытием СДП-2: энергия электронов Е=115-120 кэВ, плотность энергии 40-42 Дж/см , число импульсов п=4.

- для стабилизации физико-химического состояния поверхностных слоев лопаток необходима операция финишной термической (при температуре 550°С для титановых сплавов, 650°С - для жаропрочных сталей и 1050°С для жаропрочных сплавов) или термомеханической обработки в вакууме.

7. Установлено, что, используя оптимальную процедуру (п. 6 Выводов), удается повысить следующие характеристики лопаток из титановых сплавов: предел выносливости - от 10 до 40 %, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 4 раза; лопаток из жаропрочной стали: предел выносливости - до 10 %, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза (в инкубационный период), жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 3 раза; лопаток из жаропрочных сплавов: предел выносливости - до 10 %, эрозионную стойкость - более чем в 2 раза, жаростойкость - более чем в 3 раза, сопротивление горячей солевой коррозии - более чем в 4 раза.

8. Показана перспективность применения МИЭП для ремонта лопаток ГТД.

9. Разработан и изготавливается опытный образец электронно-лучевой установки для внедрения в серийном производстве лопаток ГТД (двигатели РДЗЗ и РД1700) на ММП им. В. В. Чернышева.

В заключение хочу выразить благодарность научному руководителю д.т.н. В.И.Энгелько за постоянную поддержку и помощь в работе, д.ф.-м.н. профессору В.А.Шулову за ценные консультации и помощь в работе. Выражаю благодарность моим коллегам, участвовавшим в выполнении отдельных этапов работы: д.т.н. профессору В.С.Кузнецову, к.т.н. [О.Л.Комарову

Г.А.Вязьменовой], В.Г.Ковалеву, Н.Г.Беручеву, А.А.Петухову, В.В.Ершову, Д.В.Овчинникову, Е.П.Павлову, В.Л.Демидову, А.В.Павленко, В.М.Водовозову.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с целью и задачами, сформулированными во Введении, была создана экспериментальная аппаратура, проведены исследования взаимодействия МИЭП с жаропрочными материалами, на основании которых разработан технологический процесс улучшения эксплуатационных свойств лопаток ГТД с помощью модификации их поверхности МИЭП и опытный образец установки для реализации этого процесса. Основными итогами проведенных работ являются:

1. Для улучшения эксплуатационных свойств лопаток газотурбинных двигателей предложено модифицировать их поверхностные слои МИЭП.

3. Расчетным путем показано, что оптимальными для модификации материалов, применяемых для изготовления лопаток являются следующие параметры электронного пучка: кинетическая энергия электронов Е= 100-120 кэВ, длительность импульса т=10-40 мкс, плотность энергии пучка на л мишени \у=15-50 Дж/см .

4. Разработана методика и проведены исследования по электронно-пучковой модификации образцов и лопаток из жаропрочной стали ЭП866ш, жаропрочных сплавов (ЖС26НК и ЖС6У) с покрытием СДП-2 и титановых сплавов (ВТ6, ВТ8 и ВТ9).

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Ткаченко, Константин Иванович, Санкт-Петербург

1. Сулима А. М. , Носков А. А. , Серебренников Г. 3. Основы технологии производства газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 2001, 480 с.

2. Сулима А. М. , Шулов В. А., Ягодкин Ю. Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. 240 с.

3. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. М.: Машиностроение, 1993. 240 с.

4. Каблов E.H. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия) // М.: МИСиС, 2001. 632 с.

5. Фазовые и структурные изменения в стали 45 под действием низкоэнергетичного электронного пучка / Ю. Ф. Иванов, В. И. Итин, С. В. Лыков и др. // Известия РАН. Металлы, 1993. № 3. с. 130-140.

6. Engelko V.l., Lazarenko A.V., Pechersky O.P. Proc. of the 9th Intern. Conf. on High-Power Particle Beams. Washington, USA, 1992. Vol.III, p.1935-1941

7. Лясоцкий И.В., Никитин A.A., Федоров C.B., Лазаренко A.B., Печерский О.П., Чебуков Е.С., Энгелько В.И, Исследование поверхностных быстрозакаленных слоев в сталях и сплавах при электронном облучении.

8. Труды II Международной конф. по электронно-лучевым технологиям. 1988, Варна, Болгария, с.646-652.

9. Shulov V. A., Remnev G. Е., Nochovnaya N. A. etc. High power ion beam treatment of titanium alloy parts, Proceedings of the 8th International Conference on Titanium, U. K., v. 3. 1996. p. 2126-2132.

10. Remnev G. E. and Shulov V. A. Application of high power ion beams for technology // Laser and Particle Beams, 1993. v. 11, N4. p. 707-731.

11. High-power ion beam treatment application for properties modification of refractory alloys // V. A. Shulov, N. A. Nochovnaya, G. E. Remnev, A.I. Ryabchikiv // Surface and Coatings Technology. 1997. №99. p. 74-81.

12. Исследование состояния поверхности обработанных мощным ионным пучком лопаток компрессора ГТД из сплава ВТ9 после эксплуатационных испытаний на технологическом двигателе / А. Н. Напольнов, А. Ф. Львов, В. А. Шулов и др.// Титан, 1995. №1-2. - с. 30-34.

13. Shulov V. A., Remnev G. Е., Nochovnaya N. A. Thermomechemical processing of titanium alloys by high power pulsed ion beams // J. Materials science and Engineering. 1998. A242. p. 290-293.

14. Месяц Г. А. Эктоны. Екатеринбург. УИФ «Наука», 1993, ч. 1/.

15. Энгелько В.И. Разработка методов формирования интенсивных электронных и ионных пучков микросекундной длительности, создание на их основе ускорителей и их применение. Дисс. .доктора, техн. наук. Санкт-Петербург. 2002 г

16. V Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике, (22-24 мая 1984 г., Новосибирск) Томск. ИСЭ СО АН СССР/

17. Ковалев В.Г., Комаров O.JI., Печерский О.П., Савельев Ю.М., Ткаченко К.И., Энгелько В.И. Об ограничении длительности электронного пучка, формируемого в сильноточном диоде в нарастающем магнитном поле. ЖТФ, т.60, в. 1, с.133-140, 1990.

18. Бурцев В.А., Василевский М.А., Ройфе И.М., Середенко Е.В., Энгелько

19. B.И. Сильноточный релятивистский электронный пучок с длительностью более 10"5 с. Письма в ЖТФ, т.2, в. 24, с.1123, 1976

20. Василевская Ю.А., Василевский М.А., Ройфе И.М., Энгелько В.И., Яковлев

21. C.П., Янкин Е.Г. Об импедансе диода с многоострийным взрывоэмиссионным катодом. ЖТФ. 1980, т.50, в. 11, с.2356.

22. Василевская Ю.А., Василевский М.А., Ройфе И.М., Энгелько В.И., Яковлев С.П., Янкин Е.Г. Формирование электронного пучка в диоде с многоострийным взрывоэмиссионным катодом. ЖТФ. 1983, т.53, в. 4, с.677-682.

23. V.I. Engelko Formation of stable long-pulse electron beams with the help of explosive emission cathodes. Plasma Devices and Operations, Vol.13, No.2, June 2005, 135-142

24. Бурцев B.A., Василевский M.A., Ройфе И.М., Середенко Е.В., Энгелько В.И. О повышении стабильности работы взрывоэмиссионных многоострийных катодов. Письма в ЖТФ. 1978, т.4, в.18, с.1083-1087.

25. Василевский М.А., Ройфе И.М., Энгелько В.И. Об особенностях работы взрывоэмиссионных многоострийных катодов в микросекундном диапазоне длительностей импульса. ЖТФ. 1981, т.51, в. 6, с.1183-1194

26. Василевский М.А., Ройфе И.М., Энгелько В.И., Янкин Е.Г. Исследование динамики плазмы МВК. ЖТФ. 1986, т.56, в. 3, с.469-475.

27. Бурцев В.А., Василевский М.А., Глухих В.А., Гусев О.А., Ройфе И.М., Середенко Е.В., Энгелько В.И. Триод с взрывоэмиссионным катодом для генерирования электронных пучков с широким диапазоном изменения параметров. Письма в ЖТФ, 1978, т.4, в. 19, с.1149.

28. Петров Р.Л., Лазаренко А.В., Чебуков Е.С., Энгелько В.И. Улучшение трибологических характеристик сталей, обработанных мощным пучком электронов. Тезисы докл. VIII Всесоюз. симп. по сильноточ. электронике. 1990, Свердловск, с. 147.

29. Strauss D., Mueller G., Schumacher G., Engelko V.I., Stamm W., Clemens D., Quaddakers WJ. Oxide scale growth on MCrAlY bond coatings after pulsedelectron beam treatment and deposition of EBPVD-TBC. Surface & Coatings Technology. 2001. 135, pp. 196-201.

30. Andreev A.A., Engelko V.I., Mueller G., Nochovnaya N.A., Shulov V.A., Vinogradov M.V. Proc. of the 5th Conf. on Modification of Materials with. Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 24-29 Sept., 2000. V.3, pp.245-249.

31. Surface processing of titanium alloy parts by intense electron beams. Nochovnaya N.A., Shulov V.A., Engelko V.I., Mueller G., Schumacher G., Lvov A.F. Vinogradov M.V. Proc. of the 9th Intern. Conf. on Titanium. 1999. V.II, pp.914-921.

32. Mueller G., Bluhm Н., Engelko V., Yatsenko В. Pulsed electron beams facilities (GESA) for surface treatment of materials. Vacuum 62, 2001, p.211-216.

33. Салонина О. П. , Глазунов С. Г. Жаропрочные титановые сплавы. М. : Металлургия, 1976. 447 с

34. Металлография титановых сплавов /Н.Ф. Аношкин, А.Ф. Белов, С.Г. Глазунов и др.// М.: Металлургия. 1980. 463 с.

35. Мубояджан А. А. , Помелов Я. А. , Будиновский С. А. Авиационная техника и наука. Авиационные материалы. Жаростойкие покрытия для лопаток газовых турбин. М. : ВИАМ ОНТИ, 1988. с. 95-99.

36. Ульянин Е. А. Коррозионно-стойкие стали и сплавы. М. : Металлургия, 1991.256 с.

37. Масленков С. Б. , Масленкова Е. А. Стали и сплавы для высоких температур. М. : Металлургия, 1976, т. 1. 383 с.

38. Бриггс Д., Сих М. П. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. М. : МИР, 1987. 598 с.

39. Горелик В. А. , Протопопов О. Д. Количественная Оже-спектроскопия // Обзоры по электронной технике. Серия 7. М.: ЦНИИ Электроника, 1978. в. 18. с. 1-50.

40. Furman Е. Composition analysis of some métal alloys using auger electron spectroscopy// J. Material Science, 1982. v. 17. - p. 575-579.

41. Ягодкин Ю.Д. Рентгенографическое исследование структуры поверхностного слоя материалов методом скользящего отраженного пучка // Заводская лаборатория, 1989. т. 55, №2. - с. 72-73.

42. Русаков А. А. Рентгенография металлов. М. : Атомиздат, 1977. 480 с.

43. Прочность металлов и сплавов / Дж. Дж. Мак-Куин, Дж. П. Бейлон, Дж. И. Диксон и др. // М. : Металлургия, 1990. 352 с

44. Исследование коррозионных процессов методом фото-стимулированной экзоэмиссии / В.А. Шулов, В.В. Шорин, A.M. Сулима и др.// Тез. докл. 20 Всес. конф. по эмиссионной электронике . Киев: ИФ АН УССР. 1987. с. 208-209.

45. Методы исследования поверхностного слоя деталей двигателей летательных аппаратов / М.В. Зверев, В.В. Шорин, В.А. Шулов, Ю.Д. Ягодкин // М.: МАИ, 1987. 76 с.

46. Дислокационные структуры приповерхностных слоев чистых металлов после ионной имплантации / А.Н. Диденко, Э.В. Козлов, Ю.П. Шаркеев и др. //Поверхность. Физика, химия, механика. 1989. №3. - с. 120-131.

47. The mechanisms of the long range effect in metals and alloys by ion implantation / Y.P. Sharkeev, E.V. Kozlov, A.N. Didenko etc.// J. Surface & coatings technology 1996. -N 83. p. 15-21.

48. Проблемы формирования твердых растворов и интерметаллидых фаз системы алюминий никель при высокоинтенсивной ионной имплантации / Э.В. Козлов, А.И. Рябчиков, Ю.П. Шаркеев // Известия академии наук. Серия физическая. 2003, №3. с. 166-167.

49. Булычев С. И. , Алехин В. П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990. 224 с.

50. Хан X. Теория упругости. Пер. с нем. Под редакцией Э.И. Григолюка. М.: Мир, 1988. 343 с.

51. Иванова B.C., Шанявский А.А. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. Челябинск: Металлургия, 1988. 397 с.

52. Школьник Л.М. Методы усталостных испытаний. М.: Металлургия, 1978. 300 с.

53. Балтер М.А. Фрактография средство диагностики разрушенных деталей М.: Машиностроение, 1987.158 с.

54. Энгель Л., Клингеле Г. Растровая электронная микроскопия. Разрушение. М.: Металлургия, 1986. 231 с.

55. Ирвин Дж., Парис П. Основы теории роста трещин и разрушение. В кн.: Разрушение. М.: Мир, 1976. т. 3. с. 17-66.

56. Морис Ф., Мени Л., Тиксье Р. Макроанализ и растровая электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1985. 392.

57. Erosion of surface coatings in hydrodynamic flows / M. J. Pickles, B. J. Briscoe, R. S. Jullian, M. J. Adams // J. Wear, 1996. v. 181/183, N2. p. 759-765.

58. The failure models induced by white layers during impact wear /Y. Y. Yang, H. S. Fang, Y. K. Zheng etc. // J. Wear, 1995 v. 185, N1/2. p. 17-22.

59. Sunderarajan G. and Shewmon P. A new model for the erosion of metals at normal incidence // J. Wear, v. 84. 1983. p. 237-244.

60. Levy A. Solid particle erosion and erosion corrosion of materials. ASM International, 1995. 534 p.

61. Урбанович М.И., Крамченков E.M., Чуносов Ю.Н. Газоабразивная эрозия металлов и сплавов // Трение и износ, т. 15, №3. с. 389-392.

62. Шулов В.А., Стрыгин А.Э., Досов И. М. Электронная Оже-спектроскопия поверхностных слоев жаропрочных сплавов после ионно-лучевой обработки//Поверхность, 1990. № 7. с. 124-131.

63. Влияние термоциклирования и солевой коррозии на состав ионнолегированных поверхностных слоев сплава ВТ18У //Шулов В.А.,

64. Сулима A. M., Стрыгин А. Э., Гусева М. И., Владимиров Б. Г. //Защита металлов, 1990, 6, с. 231-237.

65. Н.Н.Рыкалкин и др. Основы электронно-лучевой обработки материалов.1. М.,1978.

66. Слэтер Дж. Действие излучения на материалы // УФН, 1952. т. 47, №1. с. 51-94.

67. The MONSOL code (Monte-Carlo simulations). Technical description.

68. A.V.Lykov Institute of Heat and Mass Transfer, National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus, June 2000.

69. V. Engelko, G. Müller, Vacuum, Vol 62 (2001) 97-103.

70. V. Thanchuk, S. Grigoriev, V. Divavin, Fusion Engineering and Design, Vol. 56-57, October 2001, 225 231.

71. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификации свойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, А.Ф. Львов, В.А. Шулов, H.A. Ночовная, В. А. Энгелько // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49.

72. Хайн К., Буриг Э. Кристаллизация из расплава. М.: Металлургия, 1987. 319 с.

73. Емельянов В. С. , Евстюхин А. И. , Шулов В. А. Теория методов получения чистых металлов, сплавов и интерметаллидов. М.: Энергоатомиздат, 1983. 143 с.

74. Crater Creation on the Surface of Refractory Alloy Parts During Intense Pulsed1.n and Electron Beam Irradiation / Shulov V.A., Engelko V.I., Kovalev I.V, fh

75. Mueller G. / 7 International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, Russia, 25-30 July 2004, pp.289-292.

76. Modification of Refractory Arc -Vacuum NiCrAlY Coatings Deposited on the Surface of Nickel-Base Alloy Blades with Intense Pulsed Electron Beams / A.V. Krainikov, A. G. Paykin, V. A. Shulov, O. A. Bytzenko, V. I. Engelko, K.I.

77. Tkachenko// Материалы 9 Межд. конф. "Модификация материалов пучками заряженных частиц и плазменными потоками". Томск, 2008. с. 475-477

78. Ягодкин Ю. Д. , Пастухов К. М. , Сулима А. М. Влияние облучения мощным электронным пучком на топографию поверхности и физико-химическое состояние поверхностного слоя жаропрочных сплавов // Фи ХОМ, 1995. №5. с. 111-119.

79. Ягодкин Ю.Д. Разработка технологических основ процессов обработки деталей ГТД с применением ионных и электронных пучков // Диссертация на соискание уч. ст. д.т.н., МАИ, 1995.248 с

80. The Effect of Surface Treatment with Intense Pulsed Electron Beams on the Oxidation Resistance of Ni-Base Superalloy Turbine Blades with NiCrAlY Coating / Shulov V.A., Engelko V.I., Tkachenko K,I., Mueller G., Paikin A.G.,tVi

81. Belov A.B., Lvov A.F. // Proceedings of 7 International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, Russia, 25-30 July 2004, pp. 293-296.

82. Processing of gas turbine engine blades with intense pulsed electron beams/ V.A. Shulov, V.I. Engelko, G. Mueller, A.G. Paikin // Proceedings of 15th International Conference on High-Power Particle BEAMS, Saint Petersburg, 2004, Russia, p. 125-129.

83. Елисеев Ю.С. Успех без секретов // Двигатель, 2 (32). 2004. с. 6-9.

84. Technological aspects of intense pulsed electron beam application for properties improvement and repair of gas turbine engine blades from titanium alloys./ N. Nochovnaya, V. Shulov, A. Paykin, V.Engelko, G. Mueller, A. Weisenburger A.iL

85. Proceedings of 10 International Conference on Titanium. Hamburg, Germany. July 2003, V. 3. pp. 1147-1152.

86. Использование сильноточных импульсных электронных пучков для модификации свойств лопаток ГТД / А.Г. Пайкин, А.Ф. Львов, В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, В. А. Энгелько // ж. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2003, №3, с. 41-49

87. В.А.Шулов, А.Г. Пайкин, А.Б. Белов, А.Ф.Львов, В.И. Энгелько, Д.В.Овчинников Модификация поверхности деталей из жаропрочных сталей сильноточными импульсными электронными пучками Физика и химия обработки материалов, 2005, №2, с. 61-70.

88. Кинетика испарения и абляции при облучении мощными ионными пучками изделий из жаропрочных сплавов с защитными покрытиями / В.А. Шулов, Н.А. Ночовная, Г.Е. Ремнев, А.Ф. Львов // ж. ФиХОМ, 2003. №1. с. 22-27.

89. Правила работы с радиоактивными материалами и другими источниками ионизирующего излучения. Наука, 1984

90. Санитарные правила размещения и эксплуатации ускорителей электронов с энергией до 100 МеВ. Москва, 1981.