Специалисты отделения «Динамика и прочность авиационных двигателей» Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова (ЦИАМ) предложили концептуальное решение по улучшению технических характеристик перспективных газотурбинных двигателей. Для снижения массы дисков турбомашин сотрудники отделения не только спроектировали уникальные полые диски турбины высокого давления, но и предложили метод их изготовления из отечественных порошковых никелевых сплавов при помощи аддитивных технологий.

Как отмечают разработчики, в работах проведена топологическая оптимизация диска турбины из порошкового сплава. В результате получилась конструкция, состоящая из обода, ступицы и двух полотен, то есть полый диск. С помощью параметрической оптимизации удалось получить полые конструкции дисков с минимальной массой, удовлетворяющие требованиям прочностной надежности.

Специалисты ЦИАМ утверждают, что изготавливать полые диски можно разными способами и в качестве примера приводят опробованный метод гетерофазной лазерной порошковой металлургии (ГЛПМ). Суть технологии заключается в контролируемом плавлении частиц порошка в поле лазерного излучения. Получившийся после кристаллизации материал будет иметь структуру с мелким зерном и высоким уровнем механических свойств.

В ЦИАМ уже отработали последовательность выращивания заготовки полого диска методом ГЛПМ. Для определения механических свойств деталей из порошкового никелевого сплава были проведены испытания образцов. Специалистам удалось сформировать предварительный набор необходимых для проектирования значений расчетных характеристик прочности порошковых никелевых сплавов, которые будут использоваться для оценки статической прочности и циклической долговечности спроектированного пустотелого диска.

В ходе комплексной работы специалисты Института разработали конструктивно-технологические решения для получения полых дисков турбин с применением аддитивных технологий; сформулировали проблемы, возникающие при изготовлении таких дисков прямыми аддитивными методами и наметили пути решения этих проблем; провели механические испытания образцов из отечественного сплава, произведенных методами аддитивных технологий, показавшие необходимость подбора режимов термообработки для каждого технологического процесса изготовления; изготовили несколько вариантов полых дисков и провели их исследования неразрушающими методами контроля, которые продемонстрировали удовлетворительное качество изготовления.

Изготовленные методом ГЛПМ полые диски прошли предварительные испытания на разгонном стенде ЦИАМ и показали удовлетворительные результаты.

Источник