ШЛЯХИ УСУНЕННЯ НЕДОЛІКІВ ТЕХНОЛОГІЇ ЛИТТЯ ДЕТАЛЕЙ  ГАЗОТУРБІННИХ ДВИГУНІВ: Procesi littâ, 2025, Vol 1 (159), 22-33

К.Г.  Квасницька

doi:10.15407/plit2025.01.022

Автор(и)

К.Г. Квасницька Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної академії наук України (м. Київ) https://orcid.org/0000-0001-8712-9285

DOI:

https://doi.org/10.15407/plit2025.01.022

Ключові слова:

керамічна форма, етилсилікат, робоча лопатка, керамічний стрижень

Анотація

Із розвитком української промисловості газотурбобудування все більше вдосконалюються конструкції газотурбінних двигунів і установок. Однак це призводить до ускладнення конструкцій лопаток, які є важливою складовою цих систем. Постає завдання покращити ефективність процесу виробництва литих лопаток, забезпечивши високу якість виробу.
Дослідження в цій галузі, показують, що більшість наукових робіт, пов’язаних із литтям лопаток газотурбінних двигунів, зосереджена на розробці нових сплавів. Проте керамічні ливарні форми отримують недостатньо уваги, хоч мають значний вплив на властивості, геометрію і якість виготовлених лопаток. Незважаючи на тривалий досвід українських турбобудівних
підприємств, виробництво литих лопаток є недосконалим, і відсоток браку залишається доволі високим, іноді досягаючи 60 %. Найбільший відсоток браку (до 40 %) пояснюється наявністю дефектів, таких як різностінність, термічні тріщини та жолоблення стрижнів. Ці дефекти виникають на етапі отримання керамічних форм через недосконалість використовуваних
модельних мас, формувальних матеріалів і стрижневої системи. Як наслідок, підприємства зазнають великих виробничих втрат, тому розробка заходів для зменшення відсотка браку стає актуальною та необхідною. Необхідно розробити заходи, спрямовані на розв’язання цієї проблеми і зниження відсотка браку. Це може включати в себе дослідження та впровадження
нових модельних мас, формувальних матеріалів і стрижневої системи, які будуть максимально точними і надійними. Також важливо провести аналіз і вдосконалення процесів формування керамічних форм, щоб усунути їх недосконалості, які призводять до дефектів у литих лопатках.

Біографія автора

К.Г. Квасницька, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів Національної академії наук України (м. Київ)

аспірант

Посилання

Repyah, S. I. (2006). Technological fundamentals of casting with expendable patterns. Dnipro: Lira LTD [in Russian].

Greskovich, C. D. (2007). Method for making investment casting molds for casting superalloys (Patent No. 4026344)

Kurenkova, O. A. (1998). Water-based ethyl silicate binders in investment casting. In Proceedings of the All-Russian Youth Conference (Vol. 4.1, pp. 93–94).

Ivanov, V. N., Kazennov, S. A., & Kurchman, B. S. (1984). Lityo po vplyavaemym modelyam (3rd ed., revised and supplemented, Y. I. Shklenik & V. A. Ozerov, Eds.). Moscow: Mashinostroenie. [in Russian].

Simanovsky, V. M. (2006). Tekhnologiya i materialy form i sterzhney dlya polucheniya litykh lopatok GTD. Metall i lite Ukrainy, (6), 47–48. [in Russian].

Doshkarzh, J., Valikhrah, O., Gabriel, J., & Kashtanek, O. (1962). Tochnoe lityo v keramicheskie formy (A. A. Zhukov, Trans.; Y. G. Polyakov, Ed.). Moscow: Mashgiz. [in Russian].

Vandermeer, J. (2001). Investment casting mold and method of manufacture (U.S. Patent No. 6257316). U.S. Patent and Trademark Office.

Ermolina, Z. S., Pankratov, V. A., Andreeva, A. G., et al. (1988). Kompozitsiya dlya izgotovleniya vyplyavaemykh modeley (A. S. 1603613 A1 USSR). [in Russian].

Whitehouse, C. A., & Snyder, W. S. (2018). Method of making investment casting mold (WO2018071287A1). International Patent Application.

Lassow, E. S., Strabel, G. R., & Koziol, K. A. (2001). Method of casting with improved detestability of subsurface inclusions (U.S. Patent No. 6237671). U.S. Patent and Trademark Office.

Judd, J. A. (1991). Investment cast airfoil core shell lock and method of casting (U.S. Patent No. 5050665). U.S. Patent and Trademark Office.

Simanovsky, V. M., Shevchenko, B. A., & Smirnov, S. P. (1984). Nekotorye osobennosti tekhnologii primeneniya plavlenogo kvartsa pri lite po vyplyavaemym modelyam. In Sovershenstvovanie protsessov tochnogo litya i ikh intensifikatsiya (pp. 47–50). [in Russian].

Wang, F., Cheng, Y., Sun, Y., Li, Q., Zha, Z., Guan, K., Zhang, H., & Zhang, H. (2024). Interaction mechanism between DD5 superalloy with different Y content and ceramic molds with Y2O3 layer. Vacuum, 226, 113356. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2024.113356

Venkat, Y., Choudary, K. R. S., Das, D. K., Pandey, A. K., & Singh, S. (2021). Alumina-zircon filler based ceramic shell moulds for directionally solidified cast shrouded low pressure turbine blades. Ceramics International, 47(19), 27395–27405. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.06.161

Lü, K., Liu, X., Du, Z., & Li, Y. (2016). Properties of hybrid fibre reinforced shell for investment casting. Ceramics International, 42(14), 15397–15404. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2016.06.188

Lu, G., Chen, Y., Yan, Q., Mao, P., Chen, B., Chen, X., & Liao, Q. (2022). Carbon-nylon hybrid fibers modified silica sol shell with enhanced flexural strength and heat transfer for investment casting. Journal of the European Ceramic Society, 42(8), 3624–3633. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.03.010

Simanovsky, V. M., Kvasnytska, Y. G., Yefimova, V. G., Yefimov, H. V., & Maksyuta, I. I. (2006). Sumish dlya vyhotovlennya lyvarnykh form (Ukrainian Patent No. 18889). Ukrainian Intellectual Property Office [in Ukrainian].

Simanovsky, V. M., Prach, T. V., & Volska, V. V. (2001). Suspensiya dlya izgotovleniya form po vyplyavaemym modelyam (Patent No. 37036 UA). [in Russian].

Simanovsky, V. M. (2008). Teoriya ta tekhnolohiya modyfikuvannya formuvalʹnykh sumishey dlya vylyvkiv zi spetsialʹnykh splaviv (Doctoral dissertation abstract). Kyiv: FTIMS NANU. [in Ukrainian].

Simanovsky, V. M., Kvasnytska, Y. G., Yefimova, V. G., Maksyuta, I. I., & Sushkov, M. O. (2007). Sumish dlya vyhotovlennya lyvarnykh keramichnykh stryzhney (Patent No. 80076 UA). [in Ukrainian].

Simanovsky, V. M. (2006). Obosnovanie vybora modifikatorov dlya liteynykh keramicheskikh form i sterzhney. Metall i lite Ukrainy, 9–10, 31–32. [in Russian].

Simanovsky, V. M., Kvasnytska, Y. G., Shynskyi, O. Y., Maksyuta, I. I., Sushkov, M. O., & Yefimova, V. G. (2008). Sumish dlya vyhotovlennya lyvarnykh keramichnykh stryzhney (Patent No. 82603 UA). Ukrainian Intellectual Property Office. [in Ukrainian].

Lashneva, V. V., Maksyuta, I. I., Kvasnytska, Y. G., Mikhnyan, E. V., & Neyma, A. V. (2015). Kompleksnoe modifitsirovanie keramiki na osnove oksida alyuminiya dlya povysheniya kachestva litykh izdeliy meditsinskogo naznacheniya. Sovremennye problemy fizicheskogo materialovedeniya, (24), 44–52. [in Russian].

Wei, Q., Zhong, J., Xu, Z., Xu, Q., & Liu, B. (2018). Microstructure evolution and mechanical properties of ceramic shell moulds for investment casting of turbine blades by selective laser sintering. Ceramics International, 44(11), 12088–12097. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2018.03.227

Karpovich, Y. F., Demonis, I. M., Panina, M. E., et al. (1995). Suspensiya dlya form po vyplyavaemym modelyam (A. S. 1656761 USSR). Published on January 27, 1995, Bulletin No. 31. [in Russian].

Ospennikova, O. G., Shutov, A. N., Pikulina, L. V., & Dushkin, A. M. (2003). Modelnye kompozitsii na osnove sinteticheskikh materialov dlya litya lopatok GTD. Liteynoe proizvodstvo, (1), 21–23. [in Russian].

Ozerov, V. A., & Murkina, A. S. (1992). Metod otsenki kachestva gidrolizovannykh rastvorov etilsilikata 40. In Metody kontrolya i issledovaniy v proizvodstve otlivok po vyplyavaemym modelyam (pp. 30–33). Moscow: TsRDZ. [in Russian].

Sapchenko, I. G., & Zhilin, S. G. (2003). Vliyanie poristosti udalyaemykh modeley na ikh svoystva, kachestvo obolochkovykh form i otlivok v lite po vyplyavaemym modelyam. Liteynoe proizvodstvo, (4), 24–27. [in Russian].

Rep’yakh, S. I., Kotyakhov, L. A., & Pedash, A. A. (2004). Formirovanie tochnosti turbinnykh lopatok. Lite Ukrainy, (1), 4–13; (2), 5–14. [in Russian].

Goh, G. D., et al. (2017). Additive manufacturing in unmanned aerial vehicles (UAVs): Challenges and potential. Aerospace Science and Technology, 63, 140–151.

Vaupotic, B., Brezocnik, M., & Balic, J. (2006). Use of PolyJet technology in manufacture of new product. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 18(1–2), 319–322.

Kazmer, D. (2017). Three-dimensional printing of plastics. In Applied Plastics Engineering Handbook (2nd ed., pp. 617–634). William Andrew Publishing.

Singh, R. (2011). Process capability study of PolyJet printing for plastic components. Journal of Mechanical Science and Technology, 25(4), 1011–1015.

Bae, C. J., Kim, D., & Halloran, J. W. (2019). Mechanical and kinetic studies on the refractory fused silica of integrally cored ceramic mold fabricated by additive manufacturing. Journal of the European Ceramic Society, 39(2–3), 618–623. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.09.01

Zamkovoy, V. Y. (2005). Udoskonalennya protsesiv formuvannya vnutrishn oyi porozhnyny okholodzhuvanykh lopatok GTD. (Candidate dissertation abstract). Kyiv. [in Ukrainian].

Kvasnytska, Y. G. (2015). Povyshenie ekspluatatsionnykh kharakteristik rabochikh lopatok turbin sovremennykh promyshlennykh GTD. Metall i lite Ukrainy, (8), 29–31. [in Russian].

Simanovsky, V. M., Maksyuta, I. I., Kvasnitskaya, Yu. G., Pritulyak, A. S., & Levchenko, Yu. N. (2009). Ceramic rods and filter elements for casting cooled blades of gas turbine engines. Casting Processes, (1), 43–47.

Bratukhin, A. G., Yazov, G. K., & Karasev, B. E. (Eds.). (1997). Modern technologies in gas turbine engine production (pp. 18–20). Moscow: Mashinostroenie. [in Russian].

Gromada, M., Świeca, A., Kostecki, M., Olszyna, A., & Cygan, R. (2015). Ceramic cores for turbine blades via injection moulding. Journal of Materials Processing Technology, 220, 107–112. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2015.01.010