Главная

Научная деятельность Сергея Вячеславовича Овсепяна связана с созданием высокожаропрочных сплавов для газотурбинных двигателей, в том числе упрочненных нитридами, и разработкой технологии их производства.

С.В. Овсепян автор более 50 научных работ и 7 изобретений. Его деятельность отмечена благодарностями и наградами ВИАМ, в том числе «Знаком за заслуги перед ВИАМ» второй степени, Сертификатом профессионального инженера России (2002 г.), премией АССАД им. А.А. Микулина.

ВИАМ для меня – больше, чем работа

Моя жизнь началась в 1964 году на улице Металлургов в московском районе Перово. И логично, что после обучения в институте Стали и сплавов я оказался именно во Всероссийском институте авиационных материалов. Здесь работали несколько поколений моей семьи. Бабушка, Елена Семеновна, с 1947 по 1971 год была старшим научным сотрудником, одной из тех ученых, кто создал первые в СССР молибденовые сплавы. Тепло становится на душе, когда, листая документы 1960-х годов, вижу ее подпись. Родители работали в ВИАМе до начала 2000-х. Отец, Вячеслав Георгиевич, тоже старший научный сотрудник, занимался деформацией жаропрочных сплавов. Мама, Татьяна Ивановна, – никелевыми сплавами для упругочувствительных элементов. Да и оба моих деда работали инженерами в цветной металлургии. Не удивительно, что я пошел по стопам своих родных и для меня эти стены – больше, чем работа.

Наукой я интересовался с детства. Много интригующего и познавательного рассказывали дома. С семи лет помню, как завороженно слушал длинные ответы на простой, как мне казалось, вопрос: из чего состоят все эти вещи, что вокруг меня? Тогда дошли до атомов. Я задавался вопросами – как «сделаны» разные материалы, конструкции, машины? Хотелось что-то придумать самому.

В школе нравилась физика и особенно химия. Я уже знал, что люди создают материалы с новыми свойствами. По окончании школы, в 1981 году, я пошел учиться в Московский институт стали и сплавов на факультет металлургии цветных и редких металлов и сплавов.

В студенческие годы мы были очень сильно загружены. Но об этом не сожалели. Начиная со второго года обучения, я и многие мои однокурсники все свободное время проводили на кафедре металловедения цветных металлов, засиживалась там до ночи. Было ужасно интересно.

На кафедре была отлично организована преподавательская, научная и инженерная работа. За каждым студентом был закреплен наставник – аспирант. Можно было все делать своими руками – готовить шлифы, изучать их на оптическом микроскопе, проводить термическую обработку, испытания. Или отнести образец на электронный микроскоп и наблюдать за исследованиями структуры. Да и педагогический состав был грандиозным. В то время преподавали известные профессора, по учебникам которых шла к знаниям большая часть металловедов страны. Это заведующий кафедрой Илья Изриэлович Новиков, ученик и последователь академика А.А. Бочвара. Его легендарная монография «Теория термической обработки металлов» издавалась несколько раз (студенты называли ее по цвету обложки – «синий Новиков», «красный Новиков», «зеленый Новиков») и была переведена на многие языки. Термообработку я сдал на пятерку, удостоившись рукопожатия метра, в связи с чем был собой очень горд. Курс по диаграммам состояния двойных и тройных систем читал Анатолий Михайлович Захаров, курс физики металлов и физических свойств – Георгий Миронович Кузнецов, механических свойств металлов – Вадим Семенович Золоторевский. Владимир Кимович Портной занимался проблемой сверхпластичности. Тогда это была модная тема, и мой институтский диплом связан с ней.

Я, вчерашний школьник, мог поговорить с учеными с мировым именем в неофициальной обстановке: в коридоре или в «курилке»! Весь этот коллектив был наполнен какой-то невероятно свободной, творческой, дружелюбной атмосферой, которая осталась на всю жизнь в моих воспоминаниях. А еще запомнились замечательные практики: на ЗИЛе, на Московском заводе твердых сплавов; работа металлургами на плавильных печах Кольчугинского завода цветных металлов, в лаборатории ВИЛСа, на строительстве Старооскольского Электрометаллургического комбината.

Диплом под руководством Андрея Аркадьевича Алалыкина в тесном взаимодействии со Всесоюзным (тогда) институтом авиационных материалов я готовил на кафедре МИСиС. Работа была посвящена деформации жаропрочных никелевых сплавов и содержала результаты большого количества экспериментов, которые мы успели сделать, но, как я понимаю сейчас, не до конца осознать. По окончании института в 1986 году я был распределен в ВИАМ. Тему диплома я продолжил в лаборатории жаропрочных никелевых сплавов, сразу включившись в работу.

В любом отечественном авиационном газотурбинном двигателе есть наши  материалы

В ВИАМе моим научным руководителем стал Борис Самуилович Ломберг – известный ученый в области металловедения жаропрочных никелевых сплавов, тогда заместитель начальника лаборатории, затем заместитель Генерального директора. И по сей день, уже более тридцати лет, мы работаем вместе в стенах ВИАМа.

Здесь мне посчастливилось встретиться с выдающимися учеными, возглавлявшими направления современного металловедения жаропрочных никелевых сплавов. Это создатель теории гетерофазности и комплексного легирования академик РАН Сергей Тимофеевич Кишкин, руководитель научной школы радиоизотопных методов исследования профессор Самуил Зайликович Бокштейн, автор уникальной авиационной брони для Ил-2 профессор Николай Митрофанович Скляров. Я слышал их выступления, дискуссии на научно-технических советах, чувствовал их творческую энергетику. Это расширяло мой кругозор, побуждало к творчеству, придавало силы и уверенности в работе. Николай Митрофанович смотрел мою диссертацию перед защитой. Ему было тогда уже 92 года, но я понял, что значит «рука мастера». В короткой беседе он так четко расставил акценты, высказал такие правильные замечания, что для меня будто сделались прозрачными текст и цифры, и я увидел ясно самую суть своей работы, ее логику и недочеты.

В начале 1990-х годов, как и во всей стране, положение в институте было сложным. Инженеры, научные работники уходили с государственных предприятий. Только благодаря огромным организационным усилиям, предпринятым Генеральным директором ВИАМ, академиком РАН Евгением Николаевичем Кабловым, удалось выправить положение. Проблема нехватки кадров решалась путем сотрудничества с Московским государственным вечерним металлургическим институтом. Тогда у нас стали появляться ребята 17–18 лет. Как заместителю Совета молодых специалистов и ученых ВИАМ (1999–2004 гг.), мне самому пришлось наставлять новичков. Вечером они учились, а днем постигали азы работы. Начинали они лаборантами. Сейчас те из них, кто остался, уже высококвалифицированные специалисты. Среди них мой коллега – начальник лаборатории «Обработки металлов давлением», кандидат технических наук Михаил Михайлович Бакрадзе.

В 1999 году я защитил кандидатскую диссертацию «Обеспечение структурной стабильности и свойств при температурах 850–975^оС никелевых сплавов для дисков газотурбинных двигателей (ГДТ)». В ходе работы были оптимизированы составы и технологии обработки наиболее высокотемпературных дисковых сплавов типа ЭП975-ИД, разработана программа расчета фазовой стабильности и прогнозирования свойств на основе системы неполяризованных ионных радиусов (СНИР).

В 2001 году я был назначен начальником сектора, а в 2007-м – начальником лаборатории «Жаропрочные сплавы на никелевой основе». В лаборатории 41 человек, из них 4 доктора и 2 кандидата наук, занимаются высокотемпературными материалами для газотурбинных двигателей. В сфере нашей ответственности – материалы для дисков, деформируемые свариваемые сплавы для статорных узлов – корпусов, деталей камеры сгорания, сопла; разработка литейных сплавов для лопаток турбин, как на основе никеля, так и интерметаллидных, систем Ni–Al и Nb–Si, а также технологий выплавки никелевых сплавов и исследования металлургических процессов. Круглосуточно работает участок термообработки и испытаний на длительную прочность.

Вместе с молодыми сотрудниками работают известные в стране ученые – Борис Самуилович  Ломберг, Николай Васильевич Петрушин, Игорь Леонидович Светлов, Виктор Васильевич Сидоров, Ольга Анатольевна Базылева.

За последние десять лет сотрудники лаборатории разработали более десяти новых марок деформируемых и литейных жаропрочных сплавов для деталей газотурбинных двигателей, которые по комплексу свойств опережают материалы аналогичного назначения: ВЖ171, ВЖ172, ВЖ175, ВЖ176, ВЖМ4, ВЖМ7, ВЖМ8, ВЖЛ21, ВИН3, ВИН4 и др. Помимо разработки новых сплавов и технологий, мы осуществляем авторское сопровождение созданных ранее (даже более 50 лет назад) материалов на металлургических и машиностроительных заводах России, в том числе на собственном серийном производстве ВИАМ. В любом отечественном авиационном газотурбинном двигателе есть материалы, разработанные когда-то сотрудниками нашей лаборатории.

Создание сплава – это балансирование на грани возможного

Вообще, моя работа увлекает по-настоящему: ты реализовал свои мысли – изменил состав сплава или процесс обработки, а материал ответил – изменились свойства в нужном тебе направлении. Когда это удается, это вдохновляет любого ученого, не зависимо от опыта и возраста.

В сфере моих научных интересов – деформируемые жаропрочные никелевые сплавы как для дисков турбин, так и для наиболее высокотемпературных деталей двигателя, упрочняемые нитридами. Современные композиции таких сплавов могут содержать более двенадцати основных компонентов. Это элементы, упрочняющие твердый раствор на основе никеля (Co, Cr, W, Mo), формирующие упрочняющие фазы (Al, Тi, Nb, Ta, V, C), добавляемые в микроколичествах и улучшающие свойства границ зерен и фаз (B, РЗМ, Mg). Из-за комплексного химического состава результаты взаимодействия элементов друг с другом не всегда полностью предсказуемы. Поэтому при создании новых сплавов проводится физико-химическое моделирование.

Любой разработчик сплавов мечтает: задумал свойства, нажал кнопку и получил от компьютера химический состав и режимы обработки. К сожалению, пока для жаропрочных никелевых сплавов расчеты из первых принципов невозможны. Слишком сложна система, сходятся воедино множество нюансов, в том числе и человеческий фактор. Приходится действовать полуэмпирическими методами, опираться на базу известных данных. Создание нового сплава – всегда балансирование на грани возможного. Необходимо добиться сочетания многих, зачастую противоречащих друг другу свойств. Например, обеспечить высокую кратковременную прочность, сопротивление усталости и ползучести, длительную прочность, фазовую и структурную стабильность. Повысить эти характеристики одновременно – сложная научно-техническая задача. И она решается. Применение компьютерных расчетов позволило создать композиции высокопрочного дискового сплава ВЖ175 и свариваемого, тоже высокопрочного, но с низким температурным коэффициентом линейного расширения – ВЖ176.

При нагреве и охлаждении конструкция из сплава ВЖ176 будет меньше на 15–20% менять свои геометрические размеры. Это крайне важно. Представьте, ротор газотурбинного двигателя крутится с огромной скоростью. При этом между лопатками и корпусом должен быть зазор, и для снижения потери газа он должен быть минимальным. Применение сплава ВЖ176 повысит КПД двигателя.

Очень интересными материалами, над которыми я с коллегами работаю в настоящее время, являются свариваемые сплавы нового типа, упрочняемые в процессе химико-термической обработки. Они могут применяться для тонкостенных конструкций (жаровых труб камеры сгорания, экранов, деталей управляемого сопла и др.), работающих в наиболее горячих частях ГТД. Выделение мелкодисперсных нитридов проходит по всей толщине заготовки. Сплавы такого типа создавались в нашей лаборатории под руководством Владимира Борисовича Латышева и опережали зарубежные и отечественные разработки. Лучшими свойствами обладает сплав марки ВЖ171. Благодаря термической стабильности нитридов, жаропрочность такого материала в разы выше, чем у применяемых в настоящее время сплавов. Температура работы достигает 1250^оС, что всего на 100 градусов ниже плавления.

За последние пять лет, уже с коллективом молодых сотрудников, мы опробовали сплав ВЖ171 на нескольких предприятиях. В промышленном производстве изготовлены жаровые трубы малоразмерных двигателей МД-120 и ТА-18, вертолетного двигателя ВК2500М. Испытания деталей завершились успешно. Определены расчетные значения характеристик прочности сплава. Мы продолжаем исследования. Для сплавов данного класса установлены зависимости влияния химического состава и обработки на формирование упрочняющей фазы и свойств. Опираясь на эти результаты, мы впервые получили композиции с прочностью выше 1100 МПа при сохранении жаропрочности или с более высокой (в 5 раз) чем у ВЖ171 долговечностью при 1000^оС. Применение таких материалов даст значительные преимущества, позволит сделать двигатели более надежными и экологически безопасными.

Чтобы «уговорить» сплав, ученые едут на завод и по ночам сидят у печей

Материалы – дело коллективное. Очень важно взаимодействие разработчиков, технологов по выплавке, деформации, термической обработке; испытателей. На первых порах задействуется опытно-промышленное производство нашего института. Если сплав планируют использовать в больших двигателях, необходимо отработать технологию в условиях крупнотоннажного заводского производства.

В начале 2000-х годов мы отрабатывали производство дискового сплава ЭП975-ИД. Это многокомпонентный, сложный в изготовлении материал. При этом его свойства очень высоки, например, он единственный из дисковых сплавов длительно работоспособен при температуре до 850^оС, а как материал для лопаток может работать даже до 975^оС. Путем деформации слитка из него делают роторы турбины малоразмерных двигателей, которые используются на борту самолета для вспомогательных целей: запуска двигателей, снабжения электроэнергией или воздухом. Ротор представляет собой вал с диском и лопатками из одной заготовки. Заготовки делают на заводе Ступинской металлургической компании. Они сложной формы – с длинным валом. При термообработке возникали трудности. Детали или трескались, или не получались заданные свойства. При очередном случае большого количества брака нас с коллегами командировали на место происшествия. Вместе с сотрудниками завода мы скорректировали всю технологическую цепочку – от слитка до образца. Было изучено даже влияние состава лигатуры при выплавке. Сидели в цехах по ночам рядом с печами много дней: следили за температурой, скоростью охлаждения и нагрева заготовок. В результате стало понятно, насколько важна точность контроля процесса. Изменение на 10 градусов температуры выгрузки металла из печи при закалке приводило к изменению времени до разрушения при испытаниях на длительную прочность в два раза. Точность поддержания температур должна быть выше, чем при производстве «менее капризных»  сплавов. Тщательно следить надо было за каждой заготовкой. Оборудование цеха это позволяло. В результате приняли комплекс мер и был обеспечен почти 100%-ный выход годного.

Сейчас подобная ситуация с новым дисковым сплавом ВЖ175. Впервые мы используем термическую обработку с закалкой из двухфазной области. Сплав ВЖ175 включен в спецификацию материалов двигателя ПД-14, и конечная заготовка диска из него должна быть весом 120–80 кг. Пока еще есть разница между свойствами заготовок, полученных в ВИАМе, и крупногабаритными штамповками ОАО «СМК» и АО «Металлургический завод «Электросталь». Довести свойства нового материала до заданного уровня не просто, но я уверен, что мы справимся.

Металловедение, в частности создание нового сплава, тем и привлекательно, что не все объяснимо до конца. В это трудно поверить, но эта деятельность, наверное, на стыке науки и искусства. Иногда понимаешь металл, его свойства на уровне чувств, интуиции. В институте на предмете «инженерная психология» нам говорили, как сложно запрограммировать действия опытного сталевара. Его спрашивают: почему ты понял, что плавка готова? А он отвечает: не знаю – вот, вроде, отсвет в печи увидел нужного оттенка.

К сожалению, не все разрабатываемые нами материалы сразу находят применение. С 1990-х годов до недавнего времени это было вызвано отсутствием производства новых отечественных авиационных двигателей. Сегодня, с введением программы импортозамещения, военное и гражданское авиастроение в нашей стране вновь оживает. Финансируются новые проекты: ПД-14, ПД-35, ВК-2500М. И мы предлагаем наши сплавы, так как уверены в их высокой конкурентоспособности.

Важно, что непрерывно продолжается сам процесс исследований, сохраняется высокий уровень разработок. Мы по-прежнему привлекаем к нашей практике студентов ведущих университетов, и кто-то из них обязательно станут нашими коллегами. Оснащение ВИАМа позволяет проводить исследования на мировом уровне, использовать высокие технологии, опробовать новые материалы в промышленном производстве. Я искренне уверен, что мы сможем удержать высокую интеллектуальную планку, заданную нашими предшественниками.

Основные научные публикации С.В. Овсепяна:

1. Овсепян С.В., Ахмедзянов М.В., Мазалов И.С., Расторгуева О.И. Легирование углеродом сплава системы Ni-Co-Cr-W-Ti, упрочняемого химико-термической обработкой. Авиационные материалы и технологии. 2015. № 4 (37). С. 21–24.

2. Овсепян С.В., Бокштейн Б.С., Ахмедзянов М.В., Родин А.О., Мазалов И.С. Кинетика роста частиц нитридов в процессе высокотемпературного объемного азотирования деформируемого сплава системы Ni-Co-Cr-W-Ti. Материаловедение. 2014. № 6. С. 21–25.

3. Овсепян С.В., Лукина Е.А., Филонова Е.В., Мазалов И.С. Формирование упрочняющей фазы в процессе высокотемпературного азотирования свариваемого жаропрочного деформируемого сплава на основе системы Ni-Co-Cr. Авиационные материалы и технологии. 2013. № 1 (26). С. 3–8.

4. Овсепян С.В., Ломберг Б.С., Григорьева Т.И., Бакрадзе М.М. Жаропрочный деформируемый свариваемый сплав для деталей ГТД с низким температурным коэффициентом линейного расширения. Металлург. 2013. № 7. С. 61–65.

5. Овсепян С.В., Ломберг Б.С., Бакрадзе М.М., Летников М.Н. Термическая обработка деформируемых жаропрочных никелевых сплавов для дисков ГТД. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2011.  № SP2. С. 122–130.

6. Светушков Н.Н., Овсепян С.В. Оптимизация процессов термообработки заготовок из жаропрочных никелевых сплавов. Приборы. 2012. № 11. С. 49–59.

7. Ломберг Б.С., Овсепян С.В., Бакрадзе М.М. Особенности легирования и термической обработки жаропрочных никелевых сплавов для дисков газотурбинных двигателей нового поколения. Авиационные материалы и технологии. 2010. № 2 (15). С. 3–8.

8. Каблов Е.Н., Ломберг Б.С., Овсепян С.В., Лимонова Е.Н., Бакрадзе М.М., Чабина Е.Б., Вавилин Н.Л. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля и изделие, выполненное из этого сплава. Патент на изобретение RUS 2365657 21.02.2008.

9. Овсепян С.В., Ломберг Б.С., Чударева Л.П. Никелевые сплавы для дисков ГТД с рабочей температурой до 975?С.  Авиационные материалы и технологии. 2003. № 1. С. 145–152.

10. Овсепян С.В. Метод оптимизации состава жаропрочных никелевых сплавов. Авиационные материалы и технологии. 2002. № 3. С. 3–8.

11. Ovsepyan S.V., Lomberg B.S., Alalyikin A.A., Gerasimon D.E., Gromova A.A. Methods of Structure Preparing of Superalloy for Disc Turbin Applications for Superplastic Deformation. Materials Science Forum, Vols. 170–172,  pp. 305–310, 1994.

12. Ломберг Б.С., Овсепян С.В., Бабурина Е.В. Расчет жаропрочности сложнолегированных никелевых сплавов с помощью уравнений системы неполяризованных ионных радиусов (СНИР). МиТОМ. 1995. № 6. С. 9–11.

Интервью подготовила и провела Светлана Офитова.