АНАЛІЗ ВПЛИВУ ПОКРИТТЯ НІТРИДУ ТИТАНУ НА ВТОМНУ МІЦНІСТЬ КОМПРЕСОРНИХ ЛОПАТОК
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990302025347181Ключові слова:
випробування на втому, робоча лопатка компресора, покриття нітриду титану, ерозійний знос, напруження, межа витривалості.Анотація
Стаття присвячена актуальним проблемам поломок лопаток компресорів газотурбінних двигунів внаслідок втомного характеру руйнування, ініційований ерозійними пошкодженнями зваженими частинками пилу, піску, вулканічного попілу, що знаходяться в повітрі. Основну увагу приділено визначенню впливу ерозійностійкого покриття нітриду титану на втомну міцність робочих лопаток компресора двигуна Д-136 як у вихідному стані, так і після ерозійного зношування. Випробування на втому проводилися на нових лопатках з покриттям і на лопатках з покриттям та без нього з ерозійним зносом пера, які пройшли випробування у складі двигуна із закиданням пилу в тракт. Закидання пилу в тракт двигуна здійснювалося під час його роботи на стенді протягом 7 циклів. Нанесення покриття нітриду титану здійснювалося методом вакуумної іонно-плазмової технології: у середовищі реактивного газу за допомогою катодної плями вакуумної дуги з подальшою конденсацією потоків газометалічної плазми на оброблювану поверхню. Випробування на втому проводились на робочих лопатках різних ступенів компресора. Лопатки першої ступені компресора високого тиску з ерозійним зносом не випробовувалися. Випробування лопаток на втому проводилися за згинних коливань за основним тоном із симетричним циклом навантаження в умовах кімнатної температури за методом ступінчастої зміни напружень (метод «східців»). Базове число циклів навантаження становило 108 циклів та 2·107 циклів відповідно для титанових і лопаток із жароміцного сплаву на основі нікелю. Початковий рівень навантаження обирався для кожного ступеня окремо, виходячи з властивостей втоми. Наведено результати дослідження впливу ерозійностійкого покриття нітриду титану на властивості втоми робочих лопаток компресора. Визначено межі витривалості нових лопаток із покриттям та лопаток із ерозійним зносом від напрацювання, як з покриттям, так і без нього, для ймовірності неруйнування P=0,9.
Посилання
Hamed A. Erosion and Deposition in Turbomachinery / A. Hamed, W. Tabakoff, R. Wenglarz // Journal of Propulsion and Power. – 2006. – Vol. 22, No. 2. – P. 350–360.
Конструкція авіаційних двигунів : підручник / [В. В. Панін, Ю. М. Терещенко, І. О. Логвіненко та ін.] ; за ред. В. В. Паніна. – Київ : НАУ, 2012. – 420 с.
Терещенко Ю.М. Теорія теплових двигунів. Двигуни силових установок безпілотних літальних апаратів / Ю.М. Терещенко, М.М. Мітрахович, В.О. Богуслаєв,
І.Ф. Кравченко, Ю.Ю. // Навчальний посібник. — Запоріжжя: Мотор Січ, 2021. — 206 с.
Nicholls J.R. Advances in coating design for high performance gas turbines / J.R. Nicholls // MRS Bull. 2003. №28. Р. 659-670.
Nicholls J.R. Designing oxidation-resistant coatings / J.R. Nicholls // JOM-J. Min. Met. Mat. S. 2000. №52. Р. 28-35.
Alqallaf, J.; Ali, N.; Teixeira, J.A.; Addali, A. Solid Particle Erosion Behaviour and Protective Coatings for Gas Turbine Compressor Blades—A Review. Processes 2020, 8, 984. https://doi.org/10.3390/pr8080984
Bose S. High Temperature Coatings / S. Bose // Butterworth-Heinemann, Oxford, 2007. - 299 р.
Reed R.C. The Superalloys Fundamentals and Applications / R.C. Reed // Cambridge, New York, 2006. 363 р.
Єфанов В. С. Вплив технології виготовлення випаровуємих катодів на якість іонно-плазмових покриттів лопаток турбін / В. С. Єфанов, О. О. Педаш, І. А. Петрик,
В. В. Клочихин, Р. Ю. Фетісов, Г. М. Лаптєва // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - 2021. - № 6. - С. 31–38. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/aktit_2021_6_6
Yefanov V.S. Electrolyte-plasma processing of turbine blades for heat-resistant coating removal / V.S. Yefanov, A.V. Ovchinnikov, I.A. Petrik, A.A. Mylenko // Технологические системы. 2018. №2. С. 59-65.
Склад сплаву для нанесення покриття Пат. 124695 UA, МПК C22C 19/05, C23C 30/00, C23C 14/14 . / Овчинников О. В.; Єфанов В. С. Капустян О. Є. № u202005296; заявл. 17.08.2020; опубл. 27.10.2021, Бюл. № 43
Tabakoff W. Surface protection from erosion in turbomachinery / W. Tabakoff // Wear. – 1995. – Vol. 186-187, Part 1. – P. 224–229.
Alqallaf, J.; Teixeira, J.A. Quantifying the Economic Benefits of Using Erosion Protective Coatings in a Low-Pressure Compressor (Aero-Engine): A Case Study Evaluation. / J. Alqallaf;, J.A. Teixeira // Processes 2022, 10, 385. https://doi.org/10.3390/pr10020385
Zadneprovskiy Yu A. Mechanical characteristics and structure of vacuum arc Ti-Cr-N coatings [Електронний ресурс] / Yu A. Zadneprovskiy, V.А. Bilous, V.S. Goltvyanytsya, E.N. Reshetnyak , А.А. Komar // Problems of Atomic Science and Technology. – 2025. – С. 114–121. – Режим доступу: https://doi.org/10.46813/2025-156-114.
Klimenko I. O. Cavitation erosion resistance of vacuum-arc coatings based on TiN / I. O. Klimenko, V. G. Marinin, V. A. Belous, N. A. Azarenkov, M. G. Ishchenko, V. S. Goltvyanytsya, A. S. Kuprin // Problems of Atomic Science and Technology 2023. – 147(5). – 126-136 DOI: 10.46813/2023-147-126
Baragetti S. Fatigue behavior and FEM modeling of thin-coated components/ S. Baragetti, G.M. La Vecchia, A. Terranova // International Journal of Fatigue. 2003. – Volume 25, Issues 9–11, – p. 1229-1238. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2003.08.009
Cao Z. Effect of anti-erosion coatings on fatigue performance of titanium alloys in compressor blades / Z. Cao, Y. Chai, G. He, Z. Zhang, P. Li, X. Zha //Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(19): 429930. https://doi.org/10.7527/S1000-6893.2024.29930.
Соболь, О. В. The laws of structure formation in vacuum-arc deposition multilayer TiN-MoN nanostructured coatings / О. В. Соболь, А. А. Андреев, С. Н., Горбань, В. Ф.,
В. А. Столбовой, И. В. Сердюк, В. Е. Фильчиков // Eastern- Григорьев European Journal of Enterprise Technologies, 2012. - 6(5(54), 4–9. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2011.2270.
Sagalovych O. Vacuum plasma erosion resistant 2D nanocomposite coating Avinit for compressor blades of gas turbine engines of aircraft engines / O. Sagalovych, V. Popov, O. Kononyhin, V. Sagalovych, S. Dudnik, and O. Prokopenko //Mech. Adv. Technol., 2023. - vol. 7, no. 1 (97), pp. 7–15. https://doi.org/10.20535/2521-1943.2023.7.1.264788
Попович В. В. Матеріалознавство : підручник / В. В. Попович. – Львів : Світ, 2018. – 592 с.
