CC BY
75ВОЗМОЖНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕРЖНЕЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ТУРБИННЫХ ЛОПАТОК С ПОМОЩЬЮ Эй-печати
Побирохин Г.С., Питерсков П.П., Власов Д.Ю.
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и
оптики, Санкт-Петербург, Россия ООО «Аддитивное Производство», Санкт-Петербург, Москва gennady.pobirokhin@gmail.com, piterskov@mail.ru, boris.voloskov@skoltech.ru
Керамические стержни используются для изготовления полых деталей в процессе точного литья. Данные стержни должны иметь высокую прочность, чтобы выдерживать контакт с высокотемпературными расплавленными металлами. Кроме того, после отливки при высоких температурах, стержни должны быть удалены из отливки, следовательно, должны обладать элюирующими свойствами. В настоящее время такие высокопроизводительные керамические стержни изготавливают методом объёмного прессования, в котором для создания профиля керамического стержня требуется пресс-форма. Данные формы являются дорогостоящими и не пригодны для вторичной переработки или вредны для окружающей среды. В качестве замены традиционного процесса была предложена технология 3й-печати керамикой, позволяющая производить изделия со сложной геометрией без использования пресс-формы [1].
Для проведения исследования использовался керамический стержень для литья внутренних полостей турбинных лопаток. К ключевым особенностям стержня лопатки газотурбинного двигателя можно отнести [2]:
• Применяемые материалы: AlO, SiO
• о = 100-300 кгс/см2
• Пористость = 30-35 %
• Термостойкость = 1650 °С
• Габариты = 140 х 30 х 35 мм
• Толщина стенки до 5 мм
В Таблице 1 приведено краткое сравнение технологических процессов традиционного способа изготовления и способа создания аналогичного стержня с помощью аддитивных технологий. Для печати образцов использовался 3й-принтер для печати керамикой по методу SLA (стереолитография) модели AF200 Universal (производитель - ООО «Аддитивное производство»).
Таблица 1 - Сравнение технологических процессов
Традиционная технология (укрупненно) ЭР-печать с AF200 Universal
Приготовление стержневой массы Приготовление рабочей пасты
Производство пресс-форм Подготовка 3D CAD/CAM
Запрессовка и сушка стержней 30-печать по методу SLA
Формовка стержней Промывка стержней
Прокаливание стержней Удаление связующего в печи
Расформовка оснастки Прокаливание стержней
Контроль физико-механических свойств Контроль свойств и геометрии
Отделка стержней
Контроль геометрических размеров
Традиционная технология изготовления керамических стержней требует использования большого количества оборудования разного типа и имеет больше технологических этапов [3]. К основным преимуществам и недостаткам можно отнести (Таблица 2) [4]:
Таблица 2 - Преимущества и недостатка традиционной технологии
Преимущества Недостатки
• Технология отработана и сертифицирована • Экономически выгодна при крупной серии • Длительность и дороговизна подготовки производства до нескольких месяцев (наличие спец оснастки) • Технологический брак до 70% • Трудоемкая финишная обработка (ручная) • Многоэтапный технологический маршрут • Ограничения в геометрии стержня
К основным преимуществам и недостаткам перспективной технологии 3й-печати можно отнести (Таблица 3):
Таблица 3 - Преимущества и недостатка перспективной технологии ЭР-печати
Преимущества Недостатки
• Минимизация этапа подготовки производства • 3D-печать экономически выгодна
• Сокращение технологического маршрута до 30% при малой и средней серии
• Сокращение технологического брака
• Повышение гибкости производства
• Возможность получения новых конструкций внутренней
системы
охлаждения
В ходе исследования были напечатаны образцы на основе тестового материала (керамическая паста на основе порошка форфора и фоточувствительного полимера, содержание твёрдой фракции - 50%). Размеры рабочей платформы 30-принтера позволяют одновременно печатать до 18 стержней. Для дальнейшего исследования необходимо провести следующий объём работ:
1. Разработать рабочую пасту на основе смеси для НИР (АЮ + SiO, + TÍO, + АСД).
2. Изготовить партию образцов с заданными физико-механическими свойствами.
3. Протестировать образцы в литейном производстве в рамках НИР.
4. Подготовить технико-экономическое обоснование внедрения метода 30-печати.
Таким образом, на основании полученных результатов можно сделать вывод, что производство керамического стержня по технологии 30-печати приведет к высокой эффективности процесса литья и снижению трудозатрат по сравнению с объёмным прессованием.
1. Park H.-Y., Kim E.-H., Cho G.-H., Jung Y.-G., Zhang J. Process Development of Fabricating Ceramic Core using 3D Printing Technique. Materials Chemistry and Physics. 2019.
2. Беляков А.В., Разумнова И.В., Демонис И.М., Фоломейкин Ю.И. Легкоудаляемые керамические стержни для литья лопаток ГТД по выплавляемым моделям. Журнал Стекло и керамика. 2012. 4. 26-31.
3. Pradyumna R., Kumar A., Satyanarayana A., Baig M. A. H. Technology of ceramic cores - process, tooling, inspection and applications. Society of Aerospace Manufacturing Engineers. 2015.
4. Питерсков П. Сравнение традиционной технологии изготовления охлаждающих стержней лопаток газотурбинного двигателя и метода 3-D печати керамикой. Молодежь. Техника. Космос: труды XI Общероссийской молодежной научно-технической конференции. 2019. 1. 195-198.
ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ АЛЮМОМАТРИЧНЫХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ДЬ7М-М0-СД(М!) ДЛЯ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Шуркин П.К., Акопян Т.К., Летягин Н.В.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия pa.shurkin@yandex.ru, п.v.letyagin@gmail.com
Система легирования Д1-2п-Мд является основой для алюминиевых сплавов, удельная прочность которых способна конкурировать с показателями многих сталей и сплавов на основе титана. Такие сплавы склонны к образованию горячих трещин, из чего следует невозможность их сварки плавлением [1].
Аналогично сварке в технологии селективного лазерного плавления свойственны высокие скорости охлаждения, которые сопровождаются появлением температурных напряжений [2]. Эксперименты, посвященные синтезу высокопрочного сплава 7075 сводились к получению низкой пористости при неизбежном наличии трещин [3, 4]. В работах [5, 6] представлены результаты повышения технологичности способом добавки более 4%Б1. Этот элемент является примесью в сплавах системы Д1-2п-Мд из-за формирования хрупкой фазы МдБ1, появление которой, как показано в работе [5], неизбежно в том числе после лазерного синтеза.
Однако концепция введения эвтектикообразующего элемента представляет интерес, так как формирующаяся в результате быстрого охлаждения структура представляет композит, где включения эвтектической фазы армируют твердый раствор (Д1). В работах [7, 8] представлены исследования, посвященные получению композитных алюминиевых сплавов на основе эвтектики, содержащей алюминиды никеля и кальция. Показана их эффективность при улучшении литейных свойств, а также формирование дисперсной эвтектики в отливке. Введение этих элементов может быть эффективно при создании материалов на основе матрицы Д1-2п-Мд, предназначенных для аддитивного производства.
