.png)
.png)
Послать статью по эл. почте 
Открытый доступ
Только для подписчиков
Cовременные материалы и их применение при конструировании высокотемпературных изделий для специального машиностроения
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-5-69-79
Аннотация
В условиях растущих нагрузок и температур на изделия машиностроения проблема выбора эффективно работающих материалов является актуальной, особенно в реалиях импортозамещения. Одной из таких задач для современного материаловедения является получение высокотемпературных изделий специального машиностроения, в том числе сложной формы. Металлические и керамические материалы обладают рядом уникальных свойств, которые, с одной стороны, обусловливают перспективность их использования в конструкциях специальных изделий машиностроения, а с другой ― вызывают ряд технологических проблем, без решения которых эксплуатация таких изделий крайне затруднена. Представлен анализ передовых материалов, применяющихся для изделий специального высокотемпературного машиностроения, в том числе при производстве разных компонентов газотурбинных двигателей, а также приведены результаты разработки материалов с улучшенными характеристиками.
Об авторах
А. Н. БеляковРоссия
Санкт-Петербург
М. А. Марков
Россия
Кандидат технических наук
Санкт-Петербург
И. Н. Кравченко
Россия
Доктор технических наук
Москва
А. Д. Каштанов
Россия
Доктор технических наук
Санкт-Петербург
Д. А. Дюскина
Россия
Санкт-Петербург
А. Д. Быкова
Россия
А. Г. Чекуряев
Россия
Санкт-Петербург
Список литературы
1. Каблов, Е. Н. Монокристаллические жаропрочные сплавы для газотурбинных двигателей / Е. Н. Каблов, Н. В. Петрушин, Е. С. Елютин // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. ― 2011. ― № 2.― С. 38‒52.
2. Boyce, M. P. Gas turbine engineering handbook. 2nd еd. / M. P. Boyce. ― Huston : Gulf Professional Publishing, 2002. ― 799 p.
3. Salwan, G. K. Comparison and selection of suitable materials applicable for gas turbine blades / G. K. Salwan, R. Subbarao, S. Mondal // Materials Today : Proceedings. ― 2021. ― № 46. ― P. 8864‒8870. DOI :10.1016/j.matpr.2021.05.003.
4. Błachnio, J. Increased temperature impact on durability of gas turbine blades / J. Błachnio, M. Bogdan, D. Zasada // Maintenance and Reliability. ― 2017. ― Vol. 19, № 1. ― P. 48‒53.
5. Bojar, Z. Changes of microstructure of blades made of ŁK-4 alloy during long-term operation of aircraft turbine engine / Z. Bojar // Military University of Technology Bulletin. ― 1988. ― № 12. ― P. 51‒64.
6. Versnyder, F. I. The development of columnar grain and single crystal high temperature materials through directional solidification / F. I. Versnyder, M. E. Shank // Mater. Sci. Eng. ― 1970. ― Vol. 6, № 4. ― P. 213‒247.
7. Long, H. Microstructural and compositional design of Ni-based single crystalline superalloys ― а review / H. Long, S. Mao, Y. Liu, Z. Zhang, X. Han // J. Alloys Comp. ― 2018. ― Vol. 743. ― P. 203‒220.
8. Padture, Nitin P. Thermal barrier coatings for gasturbine engine applications / Nitin P. Padture, Maurice Gell, Eric H. Jordan // Science. ― 2002. ― Vol. 296, № 5566. ― P. 280‒284.
9. Bose, S. Thermal barrier coating experience in gas turbine engines at Pratt & Whitney / S. Bose, J. De MasiMarcin // Journal of Thermal Spray Technology. ― 1997. ― № 6. ― P. 99‒104.
10. Rajeevalochanam, P. Mechanical design and analysis of ceramic stator blades for gas turbine stage / P. Rajeevalochanam, B. V. Ganesh Banda // Materials Today : Proceedings. ― 2017. ― Vol. 4, № 8. ― P. 8613‒8623.
11. Nageswara, Rao M. Materials for gas turbines ― an overview / Rao M. Nageswara // Advances in Gas Turbine Technology. ― 2011. ― P. 293‒314.
12. Brady, M. P. The development of alumina-forming austenitic stainless steels for high-temperature structural use / M. P. Brady, Y. Yamamoto, M. L. Santella [et al.] // JOM: the journal of the Minerals, Metals & Materials Societ. ― 2008. ― Vol. 60, № 7. ― P. 12‒18.
13. Alven, D. A. Refractoryand рrecious мetal-ased superalloys / D. A. Alven // JOM. ― 2004. ― Vol. 56, № 9. ― P. 27.
14. Yamabe-Mittarai, Y. Platinum-group-metals-based intermetallics as high temperature structural materials / Y. Yamabe-Mittarai, Y. Gu, C. Huang [et al.] // JOM. ― 2004. ― Vol. 56, № 9. ― P. 34‒39.
15. Vorberg, S. Pt‒Al‒Cr‒Ni superalloys: heat treatment and microstructure / S. Vorberg, M. Wenderoth, B. Fischer [et al.] // JOM. ― 2004. ― Vol. 56, № 9. ― P. 40‒43.
16. Heilmeier, M. Metallic materials for structural applications beyond nickel-based superalloys / M. Heilmeier, M. Krüger, H. Saage [et al.] // JOM. ― 2009. ― Vol. 61, № 7. ― P. 61‒67.
17. Сударев, А. В. Аддитивное изготовление керамических газотурбинных двигателей с встроенным электрогенератором / А. В. Сударев, В. Г. Конаков // Аддитивные технологии. ― 2018. ― № 2. ― С. 42‒44.
18. Зленко, М. А. Аддитивные технологии в машиностроении / М. А. Зленко, М. В. Нагайцев, В. М. Довбыш // Пособие для инженеров. ― М. : ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. ― 220 с.
19. Yan, J. W. Mechanism for material removal in diamond turning of reaction-bonded silicon carbide / J. W. Yan, Z. Y. Zhang, T. Kuriyagawa // International Journal of Machine Tools and Manufacture. ― 2009. ― Vol. 49, № 5. ― P. 366‒374.
20. Bourell, D. L. Perspectives on additive manufacturing / D. L. Bourell // Annual Review of Materials Research. ― 2016. ― Vol. 46. ― P. 1‒18.
21. Sames, W. J. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing / W. J. Sames, F. A. List, S. Pannala [et al.] // International Materials Reviews. ― 2016. ― Vol. 61, № 5. ― P. 315‒360.
22. Моргунов, Ю. А. Аддитивные технологии для авиакосмической техники / Ю. А. Моргунов, Б. П. Саушкин // Аддитивные технологии. ― 2016. ― № 1. ― С. 30‒38.
23. Кузнецов, П. А. Аддитивные технологии на базе металлических порошковых материалов для российской промышленности / П. А. Кузнецов, О. В. Васильева, А. И. Теленков [и др.] // Новости материаловедения. Наука и техника. ― 2015. ― № 2. ― С. 4‒10.
24. Дресвянников, В. А. Классификация аддитивных технологий и анализ направлений их экономического использования / В. А. Дресвянников, Е. П. Страхов // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. ― 2018. ― № 2. ― С. 16‒28.
25. Раевский, Е. В. Лазерные аддитивные технологии: перспективы применения / Е. В. Раевский, А. Л. Цыганцова // Аддитивные технологии. ― 2016. ― № 1. ― С. 10‒12.
26. ИТС 4‒2015. Производство керамических изделий. ― М. : Бюро НДТ, 2015. ― 222 с.
27. Петров, И. М. Основные тенденции российского рынка металлических порошков для аддитивных технологий / И. М. Петров // Аддитивные технологии. ― 2019. ― № 1. ― С. 24‒26.
28. Хасанов, О. Л. Метод коллекторного компактирования нанои полидисперсных порошков : уч. пособие / О. Л. Хасанов, Э. С. Двилис, А. А. Качаев. ― Томск : Изд-во Томского политех. ун-та, 2009. ― 102 с.
29. Пат. RU 88592, МПК B22F 3/16. Устройство выравнивания слоев порошков для спекания деталей технологией послойного синтеза / Рыцев С. Б., Филиппов Е. И., Тимофеев А. И. ― № 2009132208/22 ; заявл. 27.08.2009 ; опубл. 20.11.2009, Бюл. № 32.
30. Толкачева, А. С. Технология керамики для материалов электронной промышленности : уч. пособие. В 2 ч. Ч. 1 / А. С. Толкачева, И. А. Павлова. ― Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. ― 124 с.
31. Tian, X. Rapid prototyping of porcelain products by layer-wise slurry deposition (LSD) and direct laser sintering / X. Tian, D. Li, J. G. Heinrich // Rapid Prototyping Journal. ― 2012. ― Vol. 18, № 5. ― P. 362‒373.
32. Muhler, Thomas. Slurry-based additive manufacturing of ceramics / Thomas Muhler, Jurgen Heinrich, Cynthia M. Gomes, Jens Gunster // Int. J. Appl. Ceram. Technol. ― 2013. ― Vol. 12, № 1. ― P. 1‒8.
33. Pat. US 5174943A. Method for Production of Threedimensional Objects by Stereolithography / Ch.W. Hull. 1992.
34. Пат. RU 2711324, МПК B 22C 9/02, B 22 F 3/105, B 22 F 7/00. Способ изготовления керамических форм сложной геометрии из порошковых систем / Неткачев А. Г., Бычковский Д. Н., Лопота А. В. ― № 2018139753 ; заявл. 12.11.2018 ; опубл. 16.01.2020, Бюл. № 2.
35. Пат. RU 2535704, МПК B 22 F 7/00, B 22 F 3/00, B 29 C 67/00, B 32 B 18/00. Способ трехмерной печати огнеупорных изделий / Аксельрод Л. М., Турчин М. Ю., Минниханов И. Н. ― № 2013118068/05 ; заявл. 18.04.2013 ; опубл. 20.12.2014, Бюл. № 35.
36. Питерсков, П. Исследование влияния режимов 3D-печати керамикой и синтеризации на процесс усадки тонкостенных деталей / П. Питерсков, Д. Ережеп, А.А. Грибовский // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. ― 2020. ― Т. 20, № 1. ― С. 52‒57.
37. Dongdong, Gu. Selective laser melting of in-situ TiC/ Ti5Si3 composites with novel reinforcement architecture and elevated performance / Gu Dongdong, Yves-Christian Hagedorn, Wilhelm Meiners [et al.] // Surf. Coat. Technol. ― 2011. ― Vol. 205, № 10. ― P. 3285‒3292.
38. Wilkes, J. Rapid manufacturing of ceramic parts by selective laser melting / J. Wilkes, Y. Christian Hagedorn, S. Ocylok [et al.] // Advanced Processing and Manufacturing Technologies for Structural and Multifunctional Materials, Part III, Ceramic Engineering and Science Proceedings. ― 2010. ― Vol. 31, № 8. ― P. 137‒148.
39. Soudarev, A. V. Novel Shrinkage-Free Structural Ceramic Materials for Gas Turbine Applications / A. V. Soudarev, V. G. Konakov, N. F. Morozov [et al.] // Proceedings of GT2008. 2008 ASME Turbo Expo Power for Land, Sea & Air, Berlin, 2008. ― P. 257‒262.
40. Timonen, J. Structure of a ceramic material developed by laser prototyping techniques / J. Timonen, M. Myllys, V. G. Konakov [et al.] // Reviews on Advanced Materials Science. ― 2011. ― Vol. 292. ― P. 175‒179.
41. Perevislov, S. N. Silicon carbide liquid-phase sintering with various activating agents / S. N. Perevislov, M. V. Tomkovich, A. S. Lysenkov // Refract. Ind. Ceram. ― 2019. ― Vol. 59, № 5. ― P. 522‒527. [Перевислов, С. Н. Жидкофазное спекание карбида кремния с разными активирующими добавками / С. Н. Перевислов, М. В. Томкович, А. С. Лысенков // Новые огнеупоры. ― 2018. ― № 10. ― Р. 24‒30.]
42. Perevislov, S. N. Materials based on boron carbide obtained by reaction sintering / S. N. Perevislov, A. S. Lysenkov, D. D. Titov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. ― 2019. ― Vol. 525, № 1. ― P. 012074.
43. Perevislov, S. N. Structure, properties, and applications of graphite-like hexagonal boron nitride / S. N. Perevislov // Refract. Ind. Ceram. ― 2019. ― Vol. 60, № 3. ― P. 291‒295. [Перевислов, С. Н. Структура, свойства и области применения графитоподобного гексагонального нитрида бора / С. Н. Перевислов // Новые огнеупоры. ― 2019. ― № 6. ― С. 35‒40.]
44. Markov, M. A. Preparation of MoSi2‒SiC‒ZrB2 structural ceramics by free sintering / M. A. Markov, S. S. Ordan’yan, S. V. Vikhman [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2019. ― Vol. 60, № 4. ― P. 385‒388. [Марков, М. А. Получение конструкционной керамики в системе MoSi2‒SiC‒ZrB2 свободным спеканием / М. А. Марков, С. С. Орданьян, С. В. Вихман [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2019. ― № 8. ― С. 34‒37.]
45. Rumyantsev, I. A. Lightweight composite cermets obtained by titanium-plating / I. A. Rumyantsev, S. N. Perevislov // Refract. Ind. Ceram. ― 2017. ― Vol. 58, № 4. ― P. 405‒409. [Румянцев, И А. Облегченные композиционные керметы, полученные методом титанирования / И. А. Румянцев, С. Н. Перевислов // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 7. ― С. 54‒57. ]
Дополнительные файлы
Для цитирования: Беляков А.Н., Марков М.А., Кравченко И.Н., Каштанов А.Д., Дюскина Д.А., Быкова А.Д., Чекуряев А.Г. Cовременные материалы и их применение при конструировании высокотемпературных изделий для специального машиностроения. Новые огнеупоры. 2023;(5):69-79. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-5-69-79
For citation: Belyakov A.N., Markov M.A., Kravchenko I.N., Kashtanov A.D., Dyuskina D.A., Bykova A.D., Chekuryaev A.G. Modern мaterials and тheir аpplication in the design of high-temperature products of special engineering. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2023;(5):69-79. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2023-5-69-79
Обратные ссылки
- Обратные ссылки не определены.