creexpCrede Experto: транспорт, общество, образование, языкCrede Experto: transport, society, education, language2312-1327Иркутский филиал ФГБОУ ВО «МГТУ ГА»10.51955/2312-1327_2024_2_51creexp-36Research ArticleЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ, АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ И МЕТОДЫ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИИсследование влияния действующих нагрузок на микроструктурные изменения в сплаве Inconel 738LCInvestigation of the influence of acting loads on microstructural changes in the alloy Inconel 738LChttps://orcid.org/0009-0002-4401-4853РатенкоО. А.RatenkoO. A.

Олег Александрович Ратенко, кандидат технических наук

Кронштадтский б-р, д. 20 Москва, 125493

Oleg A. Ratenko, Candidate of Sciences in Technology

20, Kronshtadtsky blvd Moscow, 125493

ratenko.oleg@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0006-3964-7225СамойленкоЕ. М.SamojlenkoE. V.

Елизавета Васильевна Самойленко

Кронштадтский б-р, д. 20 Москва, 125493

Elizaveta V. Samojlenko

20, Kronshtadtsky blvd Moscow, 125493

e.samoilenko@mstuca.aerohttps://orcid.org/0009-0000-8446-9591ПетровЮ. В.PetrovYu. V.

Юрий Владимирович Петров, доктор технических наук, профессор

Кронштадтский б-р, д. 20 Москва, 125493

Yurij V. Petrov, Doctor of Technical Sciences, Professor

20, Kronshtadtsky blvd Moscow, 125493

yu.petrov@mstuca.aeroМосковский государственный технический университет гражданской авиацииMoscow State Technical University of Civil Aviation202428112025025160Copyright © Ратенко О.А., Самойленко Е.М., Петров Ю.В., 20252025Ратенко О.А., Самойленко Е.М., Петров Ю.В.Ratenko O.A., Samojlenko E.V., Petrov Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ce.if-mstuca.ru/jour/article/view/36

В современных экономических условиях одной из важных задач является перевод как можно большего количества элементов конструкции авиационных двигателей на эксплуатацию по состоянию при одновременном соблюдении баланса экономического эффекта и уровня безопасности полетов. Подобные меры в значительной степени позволят эксплуатантам воздушных судов снизить эксплуатационные расходы. Одним из кандидатов на переход на эксплуатацию по состоянию являются лопатки турбин газотурбинных двигателей (ГТД), изготовляемые из жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС). Микроструктура ЖНС представляет собой γ-матрицу с включенными в нее дисперсными частицами 𝛾′- фазы, которые и являются элементами, обеспечивающими высокие прочностные свойства никелевых сплавов. Происходящие в ходе эксплуатации ГТД микроструктурные изменения в ЖНС лопаток турбин, связанные с увеличением размеров частицам 𝛾′- фазы, а также изменением их формы и объемной доли, приводят к деградации механических свойств изделий. Учет этих изменений может явиться тем инструментом, который позволит проводить расчеты, направленные на оценку технического состояния лопаток турбин ГТД в процессе их эксплуатации.

In modern economic conditions, one of the important tasks is to transfer as many structural elements of aircraft engines as possible to condition-based operation while maintaining a balance between the economic effect and the flight safety level. Such measures will significantly allow aircraft operators to reduce operating costs. One of the candidates for the transition to condition-based operation are turbine blades of gas turbine engines, made from heat-resistant nickel alloys. The microstructure of the heat-resistant nickel alloys is a γ-matrix with dispersed particles of the γ'-phase included into it, which are the elements that provide the high strength properties of nickel alloys. The microstructural changes that occur during the operation of gas turbine engines in turbine blades associated with an increase in the size and shape of the γ'-phase particles, as well as their volume fraction, lead to degradation of the mechanical properties of products. Taking into account these changes can be a tool that will allow one to carry out calculations aimed at assessing the technical condition of the blades of gas turbine engines during their operation.

газотурбинный двигательлопатка турбиныжаропрочный никелевый сплав𝛾′- фазамикроструктура сплаваgas turbine engineturbine bladeheat-resistant nickel alloyγ'-phasealloy microstructureReferencesАнализ состояния безопасности полетов в гражданской авиации Российской Федерации в 2018 году // [Электронный ресурс]. 2019. – URL: https://rostransnadzor.gov.ru/storage/img/avia/analiz_po_bezopasnosti_poletov_2018.pdf?ysclid=lovu7yj94e577965939 (дата обращения: 12.11.2023).Analysis of the state of flight safety in civil aviation of the Russian Federation in 2018. Available at: https://rostransnadzor.gov.ru/storage/img/avia/analiz_po_bezopasnosti_poletov_2018.pdf?ysclid=lovu7yj94e577965939 (accessed 12 November 2023) (in Russian)Логунов А. В. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и дисков турбин. М.: Московские учебники, 2018. 590 с.Acharya M. V., Fuchs G. E. (2004). The effect of long-term thermal exposures on the microstructure and properties of CMSX-10 single crystal Ni-base superalloys. Material Science and Engineering. A381: 143-153.Новиков А. С. Контроль и диагностика технического состояния газотурбинных двигателей / А. С. Никонов, А. Г. Пайкин, Н. Н. Сиротин. М.: Наука, 2007. 469 с.Bagui S., Sahu B. P., Mahato B. [et al.]. (2023). Effect of Microstructural Evolution on Creep and Rupture Behavior of Inconel 617 Alloy. Journal of Materials Engineering and Performance. 32: 1292-1309. DOI 10.1007/s11665-022-07162-z.Ратенко О. А. Влияние высокотемпературной выдержки на микроструктуру и механические свойства никелевого сплава IN738LC / О. А. Ратенко, И. А. Нагорная // Сборник тезисов докладов XLV Международной молодежной научной конференции Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет). 2019. С. 134-135. EDN TYRLHP.CFM Fleet Highlites. (2016). Available at: https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwi8ouiH8qz0AhXRmIsKHbOQCt0QFnoECAIQAQ&url=https%3A%2F%2Fpdf4pro.com%2Fcdn%2Fcfm-fleet-highlites-atlantic-airways-4264c4.pdf&usg=AOvVaw2-BAWT3bAe_AeEq9fhddK8 (accessed 12 November 2023).A physically based model for correlating the microstructural degradation and residual creep lifetime of a polycrystalline Ni-based superalloy / S. Li, B. Wang, D. Shi [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2019. V. 783. P. 565-573.Coyne-Grell A., Blaizot J., Rahimi S. [et al.]. (2022). Recrystallization mechanisms and associated microstructure evolution during billet conversion of a gamma-gamma' nickel based superalloy. Journal of Alloys and Compounds. 916: 165465. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165465.Assessment of microstructure and property of a service exposed turbine blade made of K417 superalloy / B. Wang, Ch. Wang, D. Shi [et al.] // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2017. V. 231. № 1. Р. 012084.Devaux A., Berglin L., Thebaud L. [et al.]. (2014). Mechanical properties and development of supersolvus heat treated new nickel base superalloy AD730 TM. MATEC Web of Conferences. 14: 01004. https://doi.org/10.1051/matecconf/20141401004.Assessment of service induced degradation of microstructure and properties in turbine blades made of GH4037 alloy / J. Tong, X. Ding, M. Wang [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 657. Р. 777-786.ICAO Safety Reports. (2022). Available at: https://www.icao.int/safety/Pages/Safety-Report.aspx (accessed 12 November 2023).CFM Fleet Highlites // [Электронный ресурс]. 2016. – URL: https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&ved=2ahUKEwi8ouiH8qz0AhXRmIsKHbOQCt0QFnoECAIQAQ&url=https%3A%2F%2Fpdf4pro.com%2Fcdn%2Fcfm-fleet-highlites-atlantic-airways-4264c4.pdf&usg=AOvVaw2-BAWT3bAe_AeEq9fhddK8 (дата обращения: 12.11.2023).Li S., Wang B., Shi D. [et al.]. (2009). A physically based model for correlating the microstructural degradation and residual creep lifetime of a polycrystalline Ni-based superalloy. Journal of Alloys and Compounds. 783: 565-573.Effect of Microstructural Evolution on Creep and Rupture Behavior of Inconel 617 Alloy / S. Bagui, B. P. Sahu, B. Mahato [et al.] // Journal of Materials Engineering and Performance. 2023. V. 32. P. 1292-1309. DOI 10.1007/s11665-022-07162-z.Logunov A. V. (2018). Heat-resistant nickel alloys for turbine blades and disks. M.: Moscow textbooks, 2018. 590 p. (in Russian)Failure analysis of gas turbine blade made of Inconel 738LC alloy / Z. Mazur, A. Luna-Ramírez, J. A. Juárez-Islas, A. Campos-Amezcua // Engineering Failure Analysis. 2005. Vol. 12 (3). P. 474-486.Mazur Z., Luna-Ramírez A., Juárez-Islas J. A., Campos-Amezcua A. (2005). Failure analysis of gas turbine blade made of Inconel 738LC alloy. Engineering Failure Analysis. 12(3): 474-486.ICAO Safety Reports // [Электронный ресурс]. 2022. – URL: https://www.icao.int/safety/Pages/Safety-Report.aspx (дата обращения: 12.11.2023).Novikov A. S., Paikin A. G., Sirotin N. N. (2007). Monitoring and diagnostics of the technical condition of gas turbine engines. M.: Science, 2007. 469 p. (in Russian)Mechanical properties and development of supersolvus heat treated new nickel base superalloy AD730 TM / A. Devaux, L. Berglin, L. Thebaud [et al.] // MATEC Web of Conferences. 2014. V. 14. P. 01004. https://doi.org/10.1051/matecconf/20141401004.Ratenko O. A., Nagornaya I. A. (2019). The influence of high-temperature exposure on the microstructure and mechanical properties of nickel alloy IN738LC. Collection of abstracts of the XLV International Youth Scientific Conference Moscow Aviation Institute (National Research University). 134-135. (in Russian)Rath N. Investigation of Performance Degradation in a Mixed Flow Low Bypass Turbofan Engine / N. Rath, R. K. Mishra, A. J. Kushari // Journal of Failure Analysis and Prevention. 2023. V. 23. P. 378–388. https://doi.org/10.1007/s11668-023-01590-2.Rath N., Mishra R. K., Kushari A. J. (2023). Investigation of Performance Degradation in a Mixed Flow Low Bypass Turbofan Engine. Journal of Failure Analysis and Prevention. 23: 378–388. https://doi.org/10.1007/s11668-023-01590-2.Recrystallization mechanisms and associated microstructure evolution during billet conversion of a gamma-gamma' nickel based superalloy / A. Coyne-Grell, J. Blaizot, S. Rahimi [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. 2022. V. 916. P. 165465. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165465.Tong J., Ding X., Wang M. [et al.]. (2016). Assessment of service induced degradation of microstructure and properties in turbine blades made of GH4037 alloy. Journal of Alloys and Compounds. 657: 777-786.The effect of long-term thermal exposures on the microstructure and properties of CMSX-10 single crystal Ni-base superalloys / M. V. Acharya, G. E. Fuchs // Material Science and Engineering. 2004. V. A381. P. 143-153.Wang B., Wang Ch., Shi D. [et al.]. (2017). Assessment of microstructure and property of a service exposed turbine blade made of K417 superalloy. IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 231(1): 012084.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.