С надеждой на интерметаллиды титана

Интервью с начальником сектора лаборатории титановых сплавов Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ), кандидатом технических наук Алексеем Сергеевичем Кочетковым.

Молодой ученый занимается разработкой перспективных сплавов на основе титана и современных технологий их производства. Является лауреатом Молодежного конкурса инновационных проектов «Новые материалы и технологии в ракетно-космической и авиационной технике». Награжден медалью имени В.И. Засульского.

Металловедение – не только перспективно, но и увлекательно

Я родился в Москве в семье инженеров. Отец работал на автомобильном заводе имени Ленинского комсомола (АЗЛК), а мама – на заводе элементов электровакуумных приборов «Эмитрон». С детства я был знаком со спецификой инженерной деятельности, техническими тонкостями, сопутствующими этой профессии. В школе мой интерес был прикован к точным наукам, и больше всего, пожалуй, мне нравилась математика. Все это повлияло на выбор моей будущей специальности, и по окончании школы я решил поступать в технический вуз. В 2001 году я стал студентом кафедры «Машины и технология литейного производства» Московского государственного индустриального университета (МГИУ). Уже после первого курса, проходя летнюю практику на заводе имени И.Л. Лихачева (ЗИЛ), я впервые увидел чугунное литье. Особенно меня поразил процесс заливки расплава в форму. Поток раскаленного металла, подобно кипящей лаве, сливающийся из ковша в изложницу, и разлетающиеся в разные стороны брызги, напоминающие искры от гигантского бенгальского огня… Поверьте, это незабываемые впечатления. Все это помогло мне осознать, что выбранная мною специальность является не только перспективной, но и увлекательной.

Одним из преимуществ МГИУ являлась интегрированная система обучения студентов, которая сочетала теоретическую подготовку и поэтапное профессиональное обучение на промышленных предприятиях. Данная система подразумевала, что, начиная со второго семестра четвертого курса, в первой половине дня студенты отрабатывали полный рабочий день по специальности, а во второй – проходили теоретическое обучение. Университет давал возможность распределения на легендарный промышленный гигант – ЗИЛ, который в то время фактически уже не функционировал на полную мощь и явно не предполагал профессионального роста молодых сотрудников. Несмотря на туманное будущее, многие мои однокурсники все же согласились начать свой трудовой путь именно там. А я, в свою очередь, хотел большего, поэтому искал что-то более перспективное, но при этом соответствующее моей специальности. Так я узнал о ВИАМ, который является основным материаловедческим центром, реализующим полный цикл – от разработки материалов и технологических процессов их изготовления до трансфера конкретной технологии в промышленное производство. Я решил, что хочу быть частью этого процесса, и в 2005 году устроился на должность техника в лабораторию «Магниевые и литейные алюминиевые сплавы», которую тогда возглавляла Инна Семеновна Корнышева. Таким образом, моя работа в ВИАМ началась в секторе «Металловедение и технологии литейных алюминиевых сплавов», где моим наставником стала кандидат технических наук Елена Семеновна Гончаренко. Она познакомила меня с цехами и лабораториями института, помогла разобраться в специфике литейных алюминиевых сплавов, с ее помощью я узнал то, о чем не рассказывали в университете. В лаборатории я принимал участие в разработке технологии литья алюминиевого сплава АЛ4МС по газифицируемым моделям с целью получения тонкостенных отливок высокой точности.

Во время работы в алюминиевой лаборатории мне достаточно часто приходилось бывать на участке титанового литья. Мне нравилось то, что я там видел. Титан привлекал больше, чем алюминий. Привлекал необычный способ его получения, особенно процесс плавки в вакуумных дуговых печах. На тот момент на участке еще было старое оборудование. К установке, на которой осуществлялась плавка, прикреплялась напоминающая своей конструкцией перископ специальная труба, глядя в которую можно было наблюдать, как горит дуга, плавится электрод и формируется будущий титановый слиток. Что я и делал с большим интересом.

К моменту окончания института я уже планировал перейти в лабораторию «Титановые сплавы для конструкций планера и двигателя самолета». Поэтому после защиты диплома в 2008 году был переведен на должность инженера в сектор «Литейные титановые сплавы».

В лаборатории моим наставником стал кандидат технических наук Константин Константинович Ясинский. Мне очень повезло, потому что этого человека можно без сомнения назвать профессионалом с большой буквы. Константин Константинович – ветеран Великой Отечественной войны, награжден орденом Отечественной войны I степени, медалью «За отвагу», работал в ВИАМ с 1953 по 2016 год, пройдя путь от плавильщика до начальника. Он стоял у истоков создания титановой промышленности нашей страны. Под его руководством и при непосредственном участии были разработаны литейные титановые сплавы ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ9Л, ВТ20Л, ВТ21Л и др., которые с успехом внедрены в изделиях авиакосмической и ракетной техники, а также были введены в эксплуатацию участки и цеха титанового литья ведущих предприятий отрасли.

В лаборатории я сразу стал ответственным исполнителем по одному из разделов государственного контракта, направленного на создание перспективных материалов и технологий для изделий ВВСТ. Столь серьезная задача потребовала полной вовлеченности, сосредоточенности, высокой степени ответственности, что, естественно, поспособствовало моему развитию как специалиста. Конечно, при выполнении данной работы большую помощь оказал мой наставник Константин Константинович Ясинский. Совместно с ним мы занимались разработкой технологии фасонного литья высокоточных тонкостенных отливок из традиционных литейных титановых сплавов, широко применяемых в промышленности.

Полученные результаты послужили хорошей базой для написания диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, которую я успешно защитил в 2016 году. Поскольку титановые отливки вследствие достаточно широких диапазонов легирования обладают нестабильным уровнем механических свойств, я занимался исследованием влияния алюминия на эксплуатационные свойства фасонных отливок. Одной из моих задач было установить содержание алюминия, обеспечивающего воспроизводимость значений прочностных характеристик. Научным руководителем моего исследования выступила начальник лаборатории, доктор технических наук Надежда Алексеевна Ночовная – специалист высочайшего класса и просто замечательный человек. Она много времени уделяет повышению профессионального уровня молодых специалистов, что способствует их успешной научной работе, и пользуется заслуженным авторитетом среди специалистов КБ, НИИ и заводов отрасли. Надежда Алексеевна внесла неоценимый вклад в создание моей диссертационной работы и направила ее в нужное русло. Именно ее требовательность сыграла для меня положительную роль, послужила активным мотивирующим фактором.

Современное оборудование – основа развития перспективных технологий

Анализ мировых тенденций развития литейных и деформируемых титановых сплавов показал, что внимание ведущих специалистов и разработчиков мира сегодня приковано к новому классу перспективных интерметаллидных титановых сплавов. При формировании «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» в ВИАМ в качестве одного из приоритетных направлений были выбраны разработка и всестороннее исследование интерметаллидных титановых сплавов, а также создание современных технологий их переработки. Выбор данного направления определил специфику моей дальнейшей научной деятельности.

Благодаря Генеральному директору ВИАМ, академику РАН Евгению Николаевичу Каблову в институте постоянно обновляются и реконструируются производственные участки и исследовательские комплексы. В рамках реализации стратегии развития назрел вопрос и о создании центра компетенции по интерметаллидным титановым сплавам на базе ВИАМ.

С коллегами мы провели анализ технологических возможностей имеющегося в нашей лаборатории и на участке титанового литья оборудования. Выяснили, что существующие на тот момент вакуумно-дуговые печи не позволяют получать новые высоколегированные и интерметаллидные титановые сплавы с заданными химическим составом и структурой. Поскольку новые материалы содержат разнородные по температуре плавления и удельному весу легирующие элементы, использование технологии плавки только в печах ВДП малоэффективно. Поэтому для производства фасонных отливок и слитков из новых интерметаллидных титановых сплавов как деформируемых, так и литейных, необходимо было техническое переоснащение.

Поскольку большая часть оборудования, которое заказывает ВИАМ, уникально и разрабатывается с учетом требований института, моей первоочередной задачей стало определение характеристик и параметров современных литейных установок, которые были необходимы для реализации наших целей. Я также занялся разработкой технических заданий к этим установкам. 

На сегодняшний день участок титанового литья полностью обновлен. Из самых важных приобретений я бы отметил уникальную двухкамерную вакуумную индукционную печь с холодным тиглем. Одним из этапов приемки данной установки было проведение горячих испытаний на заводе изготовителя, в которых я принимал участие вместе с главным инженером Сергеем Борисовичем Трусовым.

Индукционная печь позволяет осуществлять как поисковые исследования с выбором оптимального состава новых сложнолегированных сплавов, так и мелкосерийное производство литых заготовок. Установка полностью автоматизирована и позволяет проводить весь технологический процесс по заданной программе для каждой группы сплавов, что делает участие человека минимальным, снижает вероятность брака.

Поставить на лопатки

Современное оборудование дало возможность начать разработку перспективных деформируемых и литейных интерметаллидных сплавов нового поколения. Так авторский коллектив при участии молодых специалистов (меня и моего коллеги – ведущего научного сотрудника, кандидата технических наук Павла Васильевича Панина) приступил к разработке нового литейного интерметаллидного титанового гамма-сплава, который успешно запатентован в 2016 году и отмечен дипломом в номинации «100 лучших изобретений России–2016». Стоит отметить, что перспективность применения интерметаллидных титановых гамма-сплавов обусловлена высокой жаропрочностью в совокупности с низкой плотностью (до 4,1 г/см³), которая в 2 раза меньше плотности жаропрочных никелевых сплавов и сталей, что позволит существенно снизить массу деталей ГТД. Однако основной проблемой всех сплавов на основе гамма-алюминида титана, которая сдерживает их широкое практическое применение, является низкая пластичность при комнатной температуре. На решение этой проблемы направлены практически все исследовательские проекты в данной области.

Американская фирма General Electric в конструкции двигателя GEnx для 6–7 ступени турбины низкого давления впервые применила литые лопатки из гамма-сплава 48-2-2, использование которых позволило уменьшить массу двигателя более чем на 180 кг, что, в свою очередь, привело к снижению удельного расхода топлива. Это первое крупномасштабное использование материалов данного класса в авиационных двигателях.

Следующим после разработки гамма-сплава этапом моей работы стала проблема получения бездефектных отливок лопаток методом фасонного литья. При финансировании из собственных средств ВИАМ был проведен целый комплекс исследований для оптимизации параметров технологического процесса их производства. В институте был сформирован коллектив из сотрудников разных лабораторий и цехов. Ответственным за ход выполнения данной работы назначили меня. На первых этапах мы столкнулись с большими трудностями, поскольку получение монолитных отливок из гамма-сплава, в силу низкой пластичности, является крайне нетривиальной задачей. Долгое время отливку, которая бы состояла не из отдельных частей, получить не удавалось. Но, как часто говорит Евгений Николаевич Каблов, нужно «бороться и искать, найти и не сдаваться». Мы и не сдавались. Для достижения положительного результата нам пришлось искать решение многофакторной задачи, одновременно выполняя доработку разных этапов технологического процесса.

Путем компьютерного 3D-моделирования литейных процессов создавались различные модели литниково-питающих систем с оценкой процесса заполнения форм и формирования усадочных дефектов. Под руководством начальника сектора лаборатории «Технологии литейных процессов жаропрочных сплавов и сталей» Лидии Ивановны Рассохиной отрабатывались составы керамических форм для литья отливок без поверхностных дефектов и измененного поверхностного слоя. На индукционной печи с водоохлаждаемым медным тиглем производилась отработка технологических параметров центробежного литья. И здесь я упомянул лишь ключевые моменты.

По итогам проведенного комплекса исследований, благодаря слаженной работе всего коллектива, нам впервые удалось получить отливку лопатки из интерметаллидного титанового гамма-сплава. Хочу отметить, что реализация столь сложного технологического процесса не может быть заслугой только одного человека, это результат тесного сотрудничества и труда целого коллектива разных специалистов. Моя презентация этой работы на международной конференции «TITANIUM EUROPE 2017», проходившей в Нидерландах, вызвала особый  интерес аудитории. Полученные наработки находят свое применение в работе над созданием нового перспективного двигателя ПД-35 разработки АО «ОДК-Авиадвигатель», реализуя принцип «материал-технология-конструкция».

Люди – важный фактор успеха ВИАМ

На сегодняшний день в ВИАМ, благодаря наличию самого современного оборудования, возможности выполнения актуальной научно-технической работы и эффективной системе наставничества созданы благоприятные условия для профессионального роста, что, естественно, привлекает молодых специалистов. И если взглянуть на наш коллектив, то можно увидеть, что практически половина сотрудников это молодые люди в возрасте до 35 лет.

В 2013 году я возглавил сектор «Литейные интерметаллидные и конструкционные титановые сплавы». На первых этапах работы в новой должности я, безусловно, опирался на опыт моего наставника К.К. Ясинского. И даже сейчас, когда он находится на пенсии, я не упускаю случая получить его совет. Мы часто созваниваемся, иногда с коллегами приезжаем к нему в гости, показываем наши наработки и обмениваемся мнениями. Константину Константиновичу 91 год, а он не потерял интерес к науке, и нам, молодым, приятно делиться с ним нашими успехами, часть которых, несомненно, его заслуга.

Хочу отметить, что в успешной реализации поставленных целей немаловажную роль играет атмосфера в коллективе. В нашей лаборатории, несмотря на разносторонность выполняемых задач, сотрудники готовы оказать поддержку друг другу. В каждом секторе нашей лаборатории ведутся работы по наиболее перспективным направлениям. Но успешное выполнение всех поставленных перед нашей лабораторией задач невозможно было бы без чуткого руководства начальника НИО «Титановые, магниевые, бериллиевые и алюминиевые сплавы», кандидата технических наук Владислава Валерьевича Антипова.

В этом году ВИАМ исполнилось 85 лет, однако на каждом этапе своего развития институт решал и решает задачи, стоящие на «передовой» мировой науки. Главное, чтобы не истощался ресурс любознательных и пытливых специалистов. В ВИАМ этому всячески способствуют.