Главная

Интервью с начальником лаборатории «Прочность и надежность материалов деталей газотурбинных двигателей и силовых энергетических установок» имени доктора технических наук, профессора Н. М. Склярова Иваном Александровичем Ходиневым.

– Иван Александрович, ваша лаборатория носит имя профессора Склярова. Почему?

– Это дань памяти Николаю Митрофановичу Склярову, выдающемуся ученому-материаловеду, который создал в годы Великой Отечественной войны уникальную «активную» броню для Ил-2 и тем самым внес весомый вклад в нашу Победу. 71 год своей жизни – с 1934-го по 2005-й – он отдал ВИАМ. Именно Скляров сформировал идеологию оценки характеристик работоспособности авиационных материалов, воплотившуюся в форме паспорта на материал. Проведение испытаний для определения физико-механических свойств материалов, которые являются основой общей квалификации – паспортизации, а также специальной квалификации материалов и является основным направлением деятельности нашей лаборатории.

– Что подразумевает «квалификация» материалов и для чего она нужна?

– Результаты квалификационных испытаний материалов нужны, в первую очередь, конструкторам. Паспортные характеристики прочности определяются на уровне средних значений с вероятностью неразрушения 50 %, их задача – помочь конструкторам выбрать нужный материал для детали. Специальная квалификация – это следующий этап, на котором происходит определение гарантированных прочностных характеристик материалов с вероятностью неразрушения 90 % и выше для проектирования, расчета напряженно-деформированного состояния элементов конструкций и установления их ресурса. Значения характеристик получаются с помощью статистического расчета, так что, если хочешь более точную вероятность – проводи больше испытаний. В итоге делаются выводы о соответствии материала его назначению в конструкции двигателя.

– Значит нужно испытать материалы на прочность?

– Да, и этим у нас занимаются два сектора, из которых состоит лаборатория. Сектор «статической» прочности специализируется на проведении испытаний на кратковременную и длительную прочность, а также ползучесть.

Второй сектор – «циклической» прочности – специализируется на проведении испытаний на мало- и многоцикловую усталость, трещиностойкость. В отличие от статических испытаний, где разрушение материала происходит за один цикл нагружения, здесь таких циклов может быть огромное множество. Под их воздействием в слабом месте образца зарождается и вырастает трещина, что в итоге приводит к его разрушению.

Основной температурный диапазон наших испытаний – от 20 до 1200 градусов по Цельсию, но, бывает, замахиваемся и повыше.

– Все ли материалы можно испытать оперативно?

– На кратковременную прочность – да, но другие испытания могут длиться месяцами. Например, испытания на длительную прочность часто проводятся до 3000 часов или 125 дней. Для усталостных испытаний мы можем провести оценку долговечности на базе 100 миллионов циклов нагружения. При частоте 50 Гц это испытание длиной в 23 дня. Все это время образец должен находиться в установке, на него будут воздействовать нагрузка и температура.

– Какие материалы в основном сейчас приходится испытывать, для каких деталей?

– Объектом исследований в основном являются жаропрочные материалы – никелевые, титановые сплавы и стали. Конструктора уже давно определились, какие материалы для каких деталей нужно использовать, а разработчики – как их получать. В газотурбинных двигателях, например, зачастую из высокопрочной стали изготавливаются валы, из титановых и никелевых жаропрочных сплавов – диски и лопатки. В основном это традиционные технологии производства – литье и обработка давлением. Стремятся внедрять и новые, эффективные производственные процессы, например аддитивные технологии.

Технология интересная, позволяет в разы уменьшить расход материала и время производства, снизить трудоемкость и получать детали, недостижимые для традиционных методов, за единый технологический цикл. Но из-за специфики процесса послойного формирования возможно наличие микронных и субмикронных дефектов, совершенно отличных от дефектов литья и деформации, которые могут влиять на физико-механические свойства. Наша задача – научиться их достоверно оценивать, учитывая в образцах для испытаний все возможные особенности технологии.

– Какие мощности задействованы в испытательных операциях?

– В двух секторах работают больше ста единиц испытательного оборудования. Большинство машин – в секторе статической прочности. НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ выпускает большой объем продукции, поэтому необходим оперативный контроль свойств материалов перед отгрузкой их заказчику. Ну и куда же без квалификации: пять новых двигателей ждут свои сертификаты типа, поэтому спрос на испытания растет и мы постоянно увеличиваем и обновляем парк нашей аппаратуры.

– В чем уникальность этого оборудования?

– Оборудование помогает создать для образцов условия, приближенные к эксплуатационным. Тот же температурный режим, ожидаемая нагрузка. В этих условиях материал находится некоторое время. При кратковременных испытаниях на растяжение все происходит очень быстро – за пару минут, нагрузки там соответствуют пределу прочности материала, после его достижения происходит разрушение.

При циклических испытаниях нагрузки меньше предела прочности, поэтому, чтобы разрушить образец, нужно нагрузить его много раз. Появившаяся в результате разупрочнения усталостная трещина приведет к разрушению образца.

У испытательных машин разный принцип действия. Статические машины, как правило, электромеханического типа, их козырь – постепенное, очень плавное и точное приложение нагрузки, быстрое циклирование там не нужно.

Ряд машин лаборатории относится к сервогидравлическому типу. Предназначены для испытания на усталость. Они способны развивать частоту нагружений до 50 Гц, это 50 нагружений в секунду. То есть за одну секунду образец сжимается и растягивается с заданной нагрузкой 50 раз. А у машин магнитно-резонансного типа, которые мы также эксплуатируем, частота еще выше. Можно нагрузить образец – растянуть и сжать его до 400 раз за одну секунду. Надо сказать, существуют машины, которые могут сжимать и растягивать образец за одну секунду 1000 раз и больше, но нам эти машины не подходят, при таких высоких частотах происходит сильный саморазогрев материала образца, что недопустимо по нашему стандарту на проведение испытаний при комнатной температуре.

– Но авиадвигатель работает не при комнатной температуре…

– Согласен. Поэтому мы проводим палитру испытаний – и при повышенных температурах, не только при комнатной. Свойства нужно оценить во всем диапазоне: от момента старта двигателя до развития максимальной мощности, то есть в интервале от 20 до 1000 градусов, может быть больше, это зависит от конкретного элемента конструкции. Например, температура испытаний материала лопаток может достигать 1200 градусов Цельсия и выше. Двигатели развиваются, чем мощнее двигатель и «ресурснее», тем суровее условия эксплуатации его деталей, и в перспективе максимальная рабочая температура будет еще выше, но это уже потребует замены материалов. Потому что металлы не могут работать при такой температуре, что ты с ними ни делай, по какой технологии их ни производи, какие легирующие элементы ни добавляй для увеличения жаропрочности. Есть потолок, он уже достигнут – это примерно 1250 градусов. Дальше уже нужно менять материал. На первый план здесь выходят керамические композиционные материалы.

– Ваша лаборатория готова работать с такими материалами?

– В НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ сегодня их разрабатывает лаборатория керамических композиционных материалов, антиокислительных покрытий и жаростойких эмалей, а мы их испытываем. Речь идет о дисперсно-упрочненных и волокнистых керамических композиционных материалах. Из них будут изготавливать детали, способные работать при температуре до 1500 градусов. Оборудование и подходы для проведения испытаний таких материалов у нас есть.

– Большая ли команда нужна, чтобы провести испытания?

– Запустить испытание под силу одному инженеру. Мы не испытываем элементы конструкций, наши образцы небольших габаритов, поэтому с установкой справляется один человек. Но в смену в каждом секторе работает по двое дежурных – операторы установок. Они устанавливают образцы и следят за ходом выполнения испытаний. Дежурство продолжается сутки, затем их сменяет следующая группа, и так на протяжении всего года мы ведем непрерывные круглосуточные испытания.

Постоянных сменных дежурных у нас 16, остальные 20 сотрудников работают по графику 5/2. Они задействованы в трех направлениях: планирование работ по проведению испытаний, обработка результатов, составление протоколов и технических отчетов; поддержание работоспособности оборудования, аттестация и поверка, диагностика и ремонт; различные административные и организационные вопросы.

Можно сказать, что мы достаточно автономны и самостоятельно решаем большой спектр задач, связанных с обеспечением проведения испытаний.

– Круглосуточная работа обусловлена только особенностями длительных испытаний?

– Не только длительностью, но и количеством испытаний. Поскольку наша лаборатория специализируется на общей и специальной квалификации материалов, мы проводим пять видов основных испытаний. Это кратковременная прочность, длительная прочность, малоцикловая усталость при «мягком» и «жестком» цикле нагружения, многоцикловая усталость и испытание на скорость роста трещины усталости. Эти пять видов испытаний применяются как для общей, так и для специальной квалификации.

За год мы испытываем десятки материалов, сплавов, для этого требуется провести испытания порядка 10 тысяч образцов.

– Могут ли появиться в лаборатории новые виды испытаний?

– Перспектива – термомеханические испытания, в процессе которых деформацию образца можно сопровождать быстрым изменением температурного режима. Меняются нагрузки, меняется температура – и это уже практически реальные условия эксплуатации. Если поставить эти испытания на поток, они, конечно, дадут больше информации о характеристиках прочности материала в условиях эксплуатации.

– Для этого нужны новые установки?

– Установки есть, на данный момент разрабатываем новые методики. Мы дооснащаемся в том случае, если есть устаревшее оборудование, которое нужно заменить, или не хватает имеющихся мощностей. Новое оборудование должно постоянно решать какие-то задачи. Если для него нет задач, то оно будет простаивать, платить за его амортизацию нецелесообразно. К тому же, на тех установках, которыми мы располагаем, можно осваивать новые для нас виды испытаний путем незначительных доработок оснастки и программного обеспечения.

– Можете привести пример таких особенных новых испытаний?

– По заказу одной из российских медицинских компаний, на тех же машинах, где испытывают авиационные материалы, мы испытали зубные имплантаты. Наши специалисты разработали специальную оснастку и составили правила (алгоритм) проведения испытания. Провели статические и усталостные испытания.

– Какая из успешно проведенных работ имеет для Вас особое значение?

– Важных достижений много. Каждый год институт разрабатывает и паспортизует новые материалы, а итоговая оценка всей разработки – это результаты прочностных испытаний. Особенно приятно, когда материал сразу попадает в конструкцию, это значит, что работа была проделана не напрасно! Одну завершенную работу выделить, пожалуй, можно – это специальная квалификация материалов двигателя ПД-14. Он уже получил сертификат типа, и в ближайшем будущем, надеемся, будет серийно производиться для среднемагистрального пассажирского самолета МС-21. Наша лаборатория провела 17 000 испытаний для этой сертификации, это огромная работа!

– Расскажите о своем пути в лаборатории, как для вас все начиналось?

– Я прошел путь от сменного инженера до начальника лаборатории, поработал здесь во всех ролях, какие только есть: как сменный – проводил испытания; как ответственный за оборудование – проводил техническое обслуживание, ремонт и настройку, писал инструкции по проведению испытаний; как ведущий инженер – вел тематики, договоры. Каждая работа была по-своему интересна.

В НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ я уже 12 лет. Начинал свою работу в секторе «циклической» прочности в должности сменного инженера, работал сутки через трое. Первое время осваивал «советское наследие», испытательные машины немецкой фирмы «Schenck» 1986 года выпуска, почти мои ровесники.

Сегодня лаборатория оснащена по последнему слову техники, это результат большой реконструкции и переоснащения, начавшихся как раз в 2010 году. Я старался быть активным участником этого процесса. Был сделан капитальный ремонт всех помещений, и в 2011 году начали приходить новые машины, я писал первые инструкции по работе на этом оборудовании: сам осваивал ремонт, техническое обслуживание, а потом обучал других. На сегодняшний момент мы знаем многие аспекты работы наших машины лучше, чем те, кто нам их поставляет. Они иногда обращаются за советом! Практически любой ремонт можем произвести своими силами без привлечения сторонних специалистов.

Прошли годы, и, благодаря программе развития гражданской авиационной техники и собственным средствам института, возродилась и выросла нашла лаборатория. В том числе разросся и наш коллектив, с 2010 года практически в два раза: сегодня в лаборатории работает 36 человек. Коллектив дружный и ответственный, все трудности преодолеваем вместе.

Основная моя ответственность сегодня – контроль сроков и качества выполнения исследовательских и хоздоговорных работ. Я по-прежнему участвую в составлении различных программ и технических заданий, занимаюсь научным поиском – публикуюсь. Скажем так, отчасти исполняю знакомые мне роли, при этом делюсь накопленным опытом, как это делали прежние руководители лаборатории.

– Чем наполнена ваша жизнь вне работы?

– В первую очередь – семьей. У меня она большая: жена, сын и дочь, а также кошка, собака и две ящерицы (смеется), как говорится, полна горница. Скучать не дают.

Большое увлечение – мотоклуб. Уже 10 лет с единомышленниками катаемся по стране.

– А взлететь хотели бы?

– Действительно, одно из моих желаний – научиться управлять самолетом. Ведь с авиацией я связан с детства. Самые теплые воспоминания юных лет связаны с городом Луховицы, где я родился и взрослел. Многие слышали о нем как о «городе огурцов» и третьей столице – «Москва, Рязань и Луховицы». А на самом деле это авиационный город, там находятся большой завод РСК «МиГ» (ЛАЗ им. П.А. Воронина, Авиакомплекс им. С.В. Ильюшина), Луховицкий авиационный техникум. Задолго до появления знаменитого авиасалона МАКС в Жуковском, подобное мероприятие проводилось здесь, на РСК «МиГ», и называлось Днем Авиации. Это был настоящий праздник: вертолеты летали над городом и разбрасывали листовки с приглашением на праздник, мы их собирали и коллекционировали. На самом празднике мы смотрели образцы авиационной техники, мастерские полеты истребителей и захватывающее показательное выступление десанта – это была учебная высадка и захват позиций противника, очереди холостыми из автомата, дымовые и шумовые гранаты. Когда выступление заканчивалось, на поле стадиона со всех сторон высыпали мы – мальчишки, и собирали гильзы от автоматов Калашникова. Спустя годы многие мои друзья так или иначе связали свою жизнь с авиацией и сейчас работают на таких предприятиях как МиГ, Алмаз-Антей, ЦАГИ, Туполев. И я, как видите, неслучайно – в ВИАМ.