Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость повышения эффективности современных газотурбинных двигателей (ГТД) за счет уменьшения радиальных зазоров между венцами лопаток и деталями статора в компрессоре и турбине ГТД, а также требования снижения уровня авиационного шума, главным источником которого является ГТД, делают актуальной задачу по созданию пористых волокновых материалов, способных работать при температурах до 900 С и выше, так как существующие материалы, применяемые для этих целей, не полностью соответствуют современным требованиям.
ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ совместно с ГОУ ВПО «МАТИ» - РГТУ имени К.Э. Циолковского проводит работы по созданию высокопористых материалов из тонких дискретных металлических волокон методами порошковой металлургии. В ходе работ созданы уплотнительные материалы и звукопоглощающие конструкции с высокими служебными свойствами.
При создании уплотнительных материалов и звукопоглощающих конструкций ГТД используются тонкие волокна на основе жаростойких сплавов, для получения которых наиболее перспективным является метод экстракции висящей капли расплава (ЭВКР). Основным преимуществом метода ЭВКР перед другими литейными методами получения волокон является применение бестигельной плавки диспергируемого материала, что позволяет получать волокна из широкого спектра материалов. Кроме того, методом ЭВКР возможно получение как непрерывных, так и дискретных волокон.
В ходе работ по получению волокон методом ЭВКР была показана принципиальная возможность создания пористых волокновых материалов (ПВМ) в процессе получения волокон. Дальнейшее развитие данного направления требует создания научно обоснованного технологического процесса получения ПВМ методом ЭВКР, позволяющего управлять свойствами ПВМ, обеспечивая возможность применения их при создании уплотнительных материалов и звукопоглощающих конструкций.
4 Связь работы с научными программами, планами, целями
Работа выполнена в рамках ФЦП «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002 - 2010 годы и на период до 2015 года», государственный контракт №10411.1003800.18.015.
Целью работы являлось разработка научно обоснованного технологического процесса получения металлических волокон жаростойких сталей и сплавов и способа формирования ПВМ методом ЭВКР.
Для достижения цели предполагалось решить следующие задачи:
исследовать влияние параметров процесса ЭВКР на формообразование волокна;
разработать способ формирования ПВМ в процессе получения волокон методом ЭВКР;
провести исследование процесса формирования ПВМ и определить механизмы взаимодействия волокон в ПВМ;
определить параметры процесса, управление которыми обеспечит создание ПВМ с заданными свойствами.
Научная новизна:
Установлены механизмы взаимодействия волокон в ПВМ, формируемом методом ЭВКР, которые включают:
образование механического сцепления волокон вследствие их перегибов;
образование очагов припекания волокон из-за наличия на их поверхности расплава.
Установлено влияние параметров процесса на плотность и прочность пористого материала, формируемого методом ЭВКР. Показано, что рост скорости экстракции при снижении эквивалентного диаметра волокна, приводит к повышению плотности, получаемого материала.
Показано, что высота зоны контакта волокон с принимающей поверхностью является функцией модуля упругости материала волокна, его температуры, скорости экстракции и дистанции пролета волокна.
5 Практическая ценность
Разработан способ формирования ПВМ на основе металлических волокон, который заключается в формировании пористого холста на подложке, перемещаемой относительно зоны падения волокна.
Разработано оборудование для производства ПВМ шириной 600 мм, длиной 1200 мм из металлических волокон.
Разработана методика оценки возможности формирования ПВМ, включающая оценку возможности образования механического зацепления и припекания волокон в зависимости от параметров процесса ЭВКР.
Разработаны технологические рекомендации на изготовление пористого материала из пластичных металлических волокон из сплава Х23Ю5ВИ и сплава системы Fe-Cr-Al-Y.
Результаты работы были использованы:
ООО «Стальные фильтрующие материалы» при освоении производства дискретных металлических волокон для истираемых уплотнительных материалов на основе стали Х23Ю5;
ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ при освоении производства пористых материалов из жаростойких сталей и сплавов, и выпуске технических условий на металлические дискретные волокна для истираемых уплотнительных материалов №1-595-3-894-2005;
ГОУ ВПО «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности «Порошковая металлургия и композиционные материалы».
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 8 научно-
технических конференциях, в том числе: на Всероссийских с
международным участием научно-технических конференциях
«Быстрозакаленные материалы и покрытия», Всероссийских научно-технических конференциях «Новые материалы и технологии» (г. Москва), на симпозиуме в Институте порошковой металлургии ГНПО ПМ НАЛ Беларуси, Минск.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 2 статьи в журналах из перечня ВАК РФ и 3 патента на изобретение. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложения. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков, 11 таблиц и список литературы из 80 наименований.
