В настоящее время остро стоит проблема снижения веса изделий и конструкций для авиационно-космической техники, решение которой обеспечит повышение экономичности, увеличение их вместимости при аналогичной массе и в конечном итоге конкурентноспособности летательных аппаратов,. Одним из путей снижения веса может стать более широкое использование в деталях двигателя и других компонентов летательных аппаратов жаропрочных сплавов на основе алюминидов титана (α2, О, γ), характеризующихся высокой удельной прочностью, превосходящей удельную прочность более тяжелых сплавов на основе алюминидов никеля. Но недостатком интерметаллидных сплавов на основе алюминидов титана является их низкая пластичность и технологичность при изготовлении и эксплуатации сложной конфигурации деталей, в частности, газотурбинных двигателей.
Использование аддитивных технологий взамен традиционных (литье, ОМД) может помочь устранить отмеченный недостаток. В тоже время освоение данной технологии применительно к жаропрочным алюминидам титана требует проведения доскональных исследований, связанных с установлением закономерностей формирования структурно-фазового состояния, текстуры и комплекса физико-механических, эксплуатационных свойств в полуфабрикатах и изделиях, полученных аддитивными технологиями.
В проекте планируется провести такого рода исследования применительно к сплавам на основе алюминидов титана двух классов – О- и α2+γ. При этом российская сторона основной объем исследований планирует провести на О-сплавах на основе орторомбического алюминида титана Ti2AlNb, а в α2+γ-сплавах планируется уделить основное внимание вопросам формирования кристаллографической и морфологической текстур, а именно, ориентации пластинчатой α2+γ-структуры относительно внешних координат изделия и управление этим процессом за счет создания условий для контроля текстуры при направленной кристаллизации в ходе синтеза.
Российская сторона предлагает при получении 3D-технологиями жаропрочных полуфабрикатов из О-сплавов использовать композиции химических составов с содержанием алюминия на уровне 23-25 ат.%, то есть выше традиционных, преимущественно используемых в деформируемых полуфабрикатах вследствие больших проблем с технологической пластичностью сплавов с более высоким содержанием алюминия. Увеличение содержания алюминия в исследуемых О-сплавах будет способствовать повышению их термической стабильности и рабочих температур из-за снижения объемной доли в структуре матричной β-фазы, имеющей пониженную жаропрочность. Дополнительно планируется провести работы по формированию регламентированного термически стабильного состояния в результате подбора необходимых параметров 3D-технологий и последующего термического воздействия. Контролируемая ориентация пластинчатой α2+γ-структуры позволит повысить эксплуатационный ресурс изделий.
Ожидаемые результаты
По О-сплавам за счет увеличения содержания алюминия возможно существенное повышение термической стабильности О-состояния в этих алюминидах без появления «маложаропрочной» бета-фазы, а как результат этого появляется возможность разработки жаропочных О-сплавов с температурами работы до 700 град. Цельсия и выше в отличие от разработанных в настоящее время с рабочими температурами не превышающими 650 град. Цельсия. Это создаст реальные предпосылки для замены ряда рабочих компонентов ГТД, изготавливаемых из жаропрочных никелевых сплавов на более легкие О-сплавы, что обеспечит снижение веса, увеличение ресурса / мощности такого рода изделий. Планируемый результат превосходит имеющиеся разработки мирового уровня в данной области материаловедения. Для формирования окончательного комплекса свойств будут предложены рациональные режимы термической обработки разрабатываемых О-сплавов, обеспечивающие необходимый комплекс механических и эксплуатационных свойств.
Для α2+γ сплавов планируется разработка научных основ для получения изделий с контролируемым направлением роста α2+γ-пластин относительно внешней системы координат за счет выбора регламентированного состава сплавов в которых реализуется кристаллизация непосредственно через альфа-фазу с регламентированным, за счет регулируемого теплоотвода направлением роста ее кристаллов в процессе синтеза методами аддитивных технологий. Это позволит получать 3D-изделия в которых ориентация пластинчатой структуры обеспечит повышение эксплуатационных характеристик, в первую очередь трещиностойкости, в наиболее нагруженных направлениях. Это создаст условия для расширения номенклатуры используемых жаропрочных изделий из данной группы сплавов и будет способствовать повышению надежности деталей и агрегатов из них для авиастроения, космической техники и транспорта в целом. Результат будет сопоставим с мировым уровнем исследований в этой области.