Техника - молодёжи 1998-03, страница 5
1 той хрупкостью титана. Преодолеть ее смогли и на сей раз, доведя возможное относительное удлинение до 16 — 18% с помощью комплексного легирования. Но, увы, — с потерей работоспособности при температурах выше 700° С. Поиски вариантов и оптимума продолжаются. «Кто раньше решит эту проблему, тот и победит», — заключил академик. В какой гонке и с кем, он не уточнил. «ПОРОСЯЧИЙ ХВОСТИК» - НА ЛОПАТКАХ - В. ГОРЯЧЕМ ТРАКТЕ. Честное слово, до такого сочетания понятий, да еще в одной фразе, не додумался бы и герой известной повести Гоголя. Но вы читаете не записки су-J масшедшего. Все три понятия, причем почти j одновременно, возникли в нашей беседе с I Р.Е.Шалиным. Но прежде — цитата. «Создание новых газотурбинных двигателей... во многом определяется разработкой новых жаропрочных материалов с повышенными эксплуатационными свойствами... Никелевые жаропрочные материалы применяются в основном для изготовления различ-| ных деталей горячего тракта газотурбинных двигателей (например, рабочих и сопловых лопаток турбины, дисков, камер сгорания, створок сопел и т.д.). Самыми термонапряженными деталями в горячем тракте являются рабочие лопатки, которые... должны работать десятки тысяч часов в широких интервалах температур и напряжений». От себя добавлю — в труднейшей коррозионно активной среде горячих отходящих газов. А приведенная цитата — из только что вышедшей научной монографии, одним из авторов которой стал мой собеседник. Не секрет, что главным материалом лопаток оказались жаропрочные сплавы на никелевой основе. Не секрет и то, что по мере роста запросов авиадвигателистов, эти сплавы чем только ни легировали: от углерода и ^ бора до редкоземельных лантана и иттрия. Число компонентов могло быть больше 10, и каждая новая добавка удорожала материал, усложняла производство. А лопатки все равно разрушались скорее, чем хотелось бы. Чаще всего — по границам зерен, образующих массу металла. Схема литейной формы для получения монокристальной лопатки от затравки. Обозначения: 1 — литейная форма из мелкодисперсной керамики на основе оксида кремния; 2 — охлаждающий блок; 3 — затравка; 4 — диафрагма; 5 — конус; 6 — керамическая оболоч- А так выглядят «поросячий хвостик» и макроструктура монокристальной лопатки при небольшом увеличении. Материаловеды, конечно, знали, что избавиться от «слабин» можно, выполнив изделие из монокристалла, в котором нет зерен и границ меж ними. Вот только вырастить такой металлический монокристалл оказалось не проще, чем синтетические аналоги драгоценных камней. Очень уж велик градиент (перепад) температур: ведь выращивают монокристаллы из расплава. Чистый никель, напомню, плавится при 1453° С, его сплавы — немногим меньше. Тепло нужно отбирать равномерно и потихонечку, иначе не добьешься нужного качества. Трудности усугубляла присущая кристаллам анизотропия — зависимость их свойств от направления (грубо говоря,.вдоль или поперек). Словом, опять потребовались сначала фундаментальные исследования этой капризной материи, а уж потом попытки получить ее такой, как нужно, в нужных количествах и не слишком дорого. Первые монокристальные лопатки американцы поставили на двигатель «Боинга-767» в 1982 г., а через 5 лет только фирма Howmet производила их уже миллионами штук ежегодно. Наши специалисты, ВИАМовцы, во главе с профессором Дмитрием Андреевичем Петровым, аналогичные исследования начали еще в 60-е годы. Они шли своим путем и промежуточного финиша, которым можно считать организацию поточного производства, достигли чуть позже соперника. Но в качестве, похоже, выиграли. В ВИАМе разработаны уже три поколения специальных жаропрочных сплавов, а также (вновь цитирую ту же монографию) «высокие технологии ной формы, структуры и пространственной ориентации начинает разрастаться от затравки через спиралевидный канал. Образуемый в нем «хвостик» потом отрежут, но получить нужную структуру «самой термонагру-женной детали» почему-то помогает именно В США переход на монокристальные лопатки повысил их ресурс в 3-4 раза. Сделанные же по-ВИАМовски, с учетом анизотропии и роста вдоль нужных осей, да с оригинальной ситемой охлаждения, держатся в 5-6 раз дольше обычных. А ставят такие лопатки прежде всего на двигатели боевых самолетов — Су-27 и МиГ-29. На выставке в ВИАМе мне показали не только серийные лопатки, про которые рассказано выше, но и новые, со значительно более интенсивным охлаждением. Похоже, они еще на сотню градусов повысят возможную рабочую температуру монокристальных лопаток, а это — очень существенный ре- УМАТЕРИАЛЫ КОМПОЗИЦИОННЫЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ. Про композиты, в том числе и на основе углеродных волокон, «ТМ» писала не раз. На той же выставке в ВИАМе мне показали поистине удивительный углепластиковый экспонат — фрагмент крыла будущего самолета КБ имени Павла Осиповича Сухого — углепластовую «дощечку» толщиной 25 мм! Специалисту она скажет многое, а именно: если раньше композиционные материалы авиастроение применяло лишь для средне- и слабонагруженных конструкций, то теперь «Интеллектуальные материалы» в конструк- Цифрами обозначены: 1 — снижение шума в кабине; 2 — контроль за состоянием двигателя; 3 — демпфирование колебаний реактивного двигатели; 4 — изменяемая геометрия крыла; 5 — подавление флаттера; 6 — автоматическая установка закрылков. И это толь- выращивания монокристальных лопаток с заданной ориентацией». Обратите внимание: выращивается не кристалл-заготовка, а уже готовая лопатка с существующей внутри нее системой охлаждения, которая позволяет ей работать при более высоких температурах среды — агрессивных г£йов. И раз уж невозможно устранить анизотропию, лопатки-монокристаллы по технологии ВИАМа растят таким образом, чтобы в реальных условиях эксплуатации самолета проявлялись самые лучшие их свойства. И помог в этом уже упомянутый «поросячий хвостик». Дело в том, что кристалл нуж научились делать из них и сильнонагружен-ные, определяющие жизнеспособность машины в целом. Рассуждать о том, что за этой «досочкой» тоже просматриваются годы фундаментальных исследований, полагаю, излишне. Комментарий Р.Е.Шалина был краток: «Материал создавался под конструкцию, конструкция — под материал». А несколькими днями раньше на другой выставке — «Наукограды-97» у скромного стенда ВИАМа я пытался понять, что подразумевается под «интеллектуальными» материалами?! Под стеклом лежала схема — самолетик вполне традиционных очертаний, и стрелки показывают, где хитрые эти материалы уже применяют. Что за материалы — ни слова! Попав в ВИАМ, задал вопрос о них своему именитому гиду. Оказалось, ничего сверхъестественного. «Интеллектуальными», или «материалами с нервами», или «материалами с обратной связью», а это точнее всего называют те из них, что способны информировать пилота или бортовой компьютер о своем состоянии, ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 398 шж |
