Отмечаемый 17 июля День металлурга – повод напомнить об уникальных достижениях отечественных литейщиков. В том числе – создании жаропрочных конструкций газотурбинных двигателей лучшего в мире танка Т-80.
В середине 60-х годов советская военная наука устремилась на штурм никем недосигаемых ранее высот. Перед учеными Правительством была поставлена задача разработки и серийного выпуска танка с газотурбинной силовой установкой. Весной 1967 года секретарь ЦК КПСС Устинов Д.Ф. позвонил главному конструктору советских танков Котину Ж.Я. и сказал: «Генерал! Я взял «шашку» и твой танк «зарубил». На нем нет газотурбинного двигателя». Уже через год решение «крестного отца», как его потом стали называть, нового танка Т-80 Дмитрия Федоровича Устинова было оформлено постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 16 апреля 1968 года. Оно предписывало вести работы над танком с газотурбинной силовой установкой.
Сердцем новой машины, разумеется, должен был стать совершенно новый газотурбинный двигатель. Мощностью не менее 1000 л.с. Освоение уникального мотора было поручено калужанам, уже имеющим опыт изготовления газотурбинных двигателей малой и средней мощности. В том числе - изделий 9И56, предназначенных для энергоснабжения зенитно-ракетных комплексов для ПВО . 9 марта 1970 года Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР Калужскому опытному моторному заводу (КОМЗу) было поручено освоение серийного производства нового типа газотурбинного танкового двигателя разработки научно-производственного объединения им.Климова под руководством генерального конструктора С.П.Изотова.
При всей чрезвычайной сложности и новизне поставленных перед предприятием задач все же одной из самых ключевых была проблема освоения уникальных металлургических технологий. Как известно, изготовление газотурбинных установок предъявляет сверхжесткие требования к параметрам материалов, из которых изготавливаются рабочие детали турбин. Это лопатки, сопловые аппараты, ротора, крыльчатки и т.д. Все они должна обладать повышенной жаропрочностью.
Высокие температуры, возникающие в камерах сгорания турбин, потребовали создания новых технологий и применения новых материалов для конструирования одного из наиболее ответственных элементов двигателя - статорных и роторных лопаток газовой турбины. Они должны в течение многих часов, не теряя механической прочности, выдерживать огромную температуру, при которой многие стали и сплавы уже плавятся. В первую очередь это относится к лопаткам турбины - они воспринимают поток раскаленных газов, нагретых до температур выше 1600 К. Теоретически температура газа перед турбиной может достигать 2200 К (1927оC). В момент зарождения реактивной авиации - сразу после войны - материалов, из которых можно было изготовить лопатки, способные длительно выдерживать высокие механические нагрузки, в нашей стране не существовало.
В повседневной жизни мы привыкли считать литые изделия очень грубыми и шероховатыми. Нашим ученым, а затем и производственникам, в том числе и с Калужского опытного моторного завода удалось отработать такие литейные технологии, подобрать такие легирующие составы жаропрочных сплавов, а также керамические составы на основе оксида алюминия, что отливаемые турбинные лопатки, а также другие особо ответственные детали получались cовершенно гладкими, практически не требующими дополнительной механической обработки.
Порядок изготовления лопатки таков. Сначала создается никелевый сплав с заданными параметрами по механической прочности и жаропрочности, для чего в никель вводятся легирующие добавки: 6% алюминия, 6-10% вольфрама, тантала, рения и немного рутения. Они позволяют добиться максимальных высокотемпературных характеристик для литых сплавов на основе никеля. Сплав заливается в форму при температуре 1570 оС и вместе с ней охлаждается. Остывающий металл кристаллизуется в заданную керамической оболочкой конфигурацию. В данном случае – форму турбинной лопатки.
Не трудно представить степень сложности задач, поставленных страной перед металлургами Калужского моторного завода: научиться отливать уникальные жаропрочные изделия по техническим характеристикам не уступающим аналогам из авиапрома, а по неприхотливости и надежности (учитывая экстремальные условия эксплуатации танковых турбин) в разы превосходящих их. Сегодня бы это назвали звучным словом «хай-тек», а тогда все звучало гораздо более сухо и сдержанно: «особо важное правительственное задание».
Такое задание было поставлено перед литейно-кузнечным цехом, созданным на Калужском моторном заводе 12 августа 1969 года. Вспоминает первый начальник цеха В.В.Теренин: «К маю 1969-го уже отливали 4 детали по выплавляемым моделям. Работали на печах ИСТ-016 – это по атмосферному литью, ВПЭ-3 – по вакуумному, и САТ-0,15 – по цветному. Постепенно осваивали номенклатуру изделий 2П8В и ДГ4М. Это – прообразы, скажем так, нынешних комплексов 9и56 и 9и57, предназначенных для энергообеспечения ракетных комплексов ПВО… Помню, как в 1971 году завод посетил Устинов с тогдашним министром авиапрома Дементьевым. Их провели по всему заводу. Показали и наш литейный цех. В этот период как раз и принималось решение о передачи КОМЗу производства газотурбинного двигателя для танков. Когда же оно было все-таки принято, помню кто-то из заводского начальства по поводу возможностей нашего литейного цеха выразился так: «Да, чтобы им доверить лить лопатки – да, ни за что!» Однако, жизнь рассудила иначе…
Стоит напомнить, что революционная литейная идеология в технологии производства турбинных лопаток из жаропрочных сплавов не сразу стала доминирующей, а какое-то время еще соседствовала с традиционной – кузнечно-штамповочной. Ковали лопатки поначалу и на Калужском опытно-моторном заводе.
Вспоминает И.Б.Пиотух, работавший ранее начальником ОТК литейного цеха: «В начале 70-х кованные лопатки еще продолжали делать. Но качество их было неудовлетворительное. К тому же – повышенный расход материала по сравнению с литыми. Последние, правда, осваивались не просто. Помню, первые партии умещались в рукавичке. То есть, десяточек штучек сдал – уже победа. Знали бы мы тогда, что уже через пару-тройку лет будем отливать по 10-15 тысяч годных лопаток в месяц… За этими тысячами стоял напряженный труд сотен людей. Рабочие, мастера, технологи, администрация, военпреды. Люди не вылезали из цехов. Контроль за техническими параметрами процессов литья был жесточайший. По тому же вакууму – особенно…»
Уже в 1971 году завод собрал три изделия 71 (газотурбинных танковых двигателя), правда, в основном из узлов и деталей, произведенных на предприятии-разработчике – Ленинградском НПО им.Климова.
В следующем, 1972 году предприятие освоило 30 узлов двигателя, а еще через год 70% комплектации было собственной, калужской. В 1972-1973 годах литейный цех осваивал собственное производство лопаток. Пока, правда для традиционных изделий ДГ4М и 2П8В. Чтобы уже через 2-3 года организовать массовое производство изделий из жаропрочных сплавов, главным образом под оборонный заказ №1.
Следующий этап развития литейного цеха был неразрывно связан с мощной общезаводской динамикой. Калужский моторный завод постепенно выходил в лидеры не только областного машиностроения, но и серьезно заявил о своем военно-промышленном потенциале на всесоюзном уровне. Опытное производство танковых двигателей переросло в серийное. Былые небольшие партии литья с неровным качеством выросли в устойчивое и массовое производство ответственных отливок из сложных стальных, цветных и жаропрочных сплавов. Литейное направление на заводе постепенное становилось одним из самых сильных. В него вливалось все больше молодых квалифицированных специалистов.
Рассказывает старший мастер литейно-кузнечного цеха В.В.Терешкин: «На КОМЗ (затем КМПО, «КаДви») я прибыл по распределению после окончания МАТИ в августе 1978 г. На тот момент завод выпускал серийно изделия на спецтехнику 9И56, 2ПВ8, ДГ4М и гражданскую продукцию – изделие ТА-8 –двигатель системы жизнеобеспечения самолетов гражданской авиации. Начиналось освоение изделия 71 – газотурбинного танкового двигателя.
В 1979 г. изделие ТА-8 было передано на другое предприятие и началось усиленное освоение изделия 71. Сначала выпускали по 15 комплектов в месяц, потом – по 25. Затем заводу уже планировали по 100 изделий в месяц, а нашей литейке соответственно – до 120 комплектов по лопаткам и до 140 по крыльчаткам. Плавильный участок к 1981 г. делала уже по 30 плавок (4,5 т) в сутки, на вакуумном участке – до 150 блоков в сутки».
В конце 70-х литейщикам калужского моторного завода удалось совершить серьезный прорыв в освоении новых уникальных технологий и выводом в серию сложнейших отливок для газотурбинного двигателя танка Т-80. В частности – наиболее сложных по металлургии лопаток 1 и 2 ступени, выплавляемых из жаропрочных сплавов серий ЖС6К-ВИ и лопаток 3 ступени, выплавляемых из жаропрочного сплава ЖС6У. Как уже было отмечено выше, калужские литейщики подобрали ключик к технологии отливки самых, пожалуй, заковыристых литейных комплектующих – крыльчаткам перового и второго каскада все для того же оборонного заказа №1.
Рассказывает начальник литейно-кузнечного цеха И.А.Балашов: «В 1981 г. изд. 038 изготавливали до 30 единиц в месяц. В 1982 г. в январе-феврале по 40 изделий с ростом до 70 изделий в месяц на конец года. Такой темп роста объемов требовал от работников самоотдачи, энергии и чувства долга перед Родиной. Учитывая такой рост производства, Правительство и руководство завода приняли решение о создании новых мощностей литейных и кузнечных производств. Руководство завода форсировало строительство второй площадки».
Темпы роста объемов жаропрочного литья для танкового двигателя превосходили темпы роста объемов производства самого двигателя.
Одновременно с наращиванием объемов производства происходила и модернизация самого оборонного изделия №1. Шло постоянное наращивание мощности выпускаемого калужскими моторостроителями газотурбинного танкового двигателя: сначала 1000 л.с., затем – 1100 л.с., и, наконец, 1250 л.с. (одно время прорабатывался даже вопрос о разработке двигателя мощностью 1800 л.с.). Динамика роста мощности танка требовала аналогичной динамики и в росте жаропрочности используемых в его турбинах материалов. Разумеется, в первую очередь - самых нагруженных деталях силовой установки – лопатках, сопловых аппаратах, крыльчатках. Дело в том, что каждый дополнительный киловатт мощности газовой турбины достигается увеличением рабочей температуры в ее камере сгорания. Следовательно – усилением жаропрочностных характеристик используемых материалов. Стоит ли говорить о том, какую роль в решении этого вопроса отводилась заводским металлургам.
«1990 год был пиком развития всего завода и литейно-кузнечного производства в частности, - говорит начальник литейно-кузнечного цеха И.А.Балашов. – Мы достигли тогда максимальных объемов по танковому двигателю (до 120 комплектов в месяц) и по малоразмерным газотурбинным двигателям 9и56 и СЭС-75 мощностью от 70 до 100 кВт, применяемых в качестве энергосистемы для запуска ракет в комплексах С-300, «Тополь», «Тунгуска». Параллельно шло освоение новых видов технологий и номенклатуры литейного и кузнечного производств».
Следующий этап развития литейно-кузнечного производства был, как и для всего предприятия, самым сложным. Радикальные экономические реформы, проводимые в стране, больно ударили по предприятиям ВПК. Многие из них просто прекратили свое существование. В частности – ряд смежников КМЗ. В этих условиях уже не приходилось говорить о каком-либо наращивании объемов, а главным образом – о выживании и поиске новых применений уникальным технологиям. Вот как охарактеризовал этот период руководитель предприятия Ю.А.Лейковский: «90-ые годы прошлого столетия, как и для многих предприятий-производителей ВПК, оказались самыми трудными, особенно 1996-1998 годы. Для выживания предприятия была пересмотрена его производственная деятельность, которая строилась на базе разработанных конструкторских, технических решений и целевых программ, а именно: сохранение уникального производства газотурбинных двигателей для транспортных машин и малоразмерных ГТД в номенклатуре, освоенной предприятием под объем Гособоронзаказа; постановка на серийное производство новой системы энергоснабжения СЭС-75 на базе современного ГТД для перспективного ЗРК С-300 ПМУ с широким диапазоном назначения и применением в народном хозяйстве; серийное производство модуля двигателя ТВ7-117 для пассажирского самолета ИЛ-114; выпуск дизельных двигателей Д12М мощностью 16, 25 л.с. для минитракторов; производство мотоблоков МБ-1Д и МБ-90 и навесных орудий к ним. Надежды на получение средств на конверсионные программы исчезли в 1995 году, когда государство перестало финансировать конверсионные предприятия. Поэтому дальнейшее освоение производства новой продукции на предприятии осуществлялось только из своих средств».
Работа над конверсионными программами в части мощного развития мотоблочной тематики и освоения производства дизельных и карбюраторных моторов для средств малой механизации не должна была заслонять главную тему калужских моторостроителей – газотурбинную. В период 90-х годов ее приходилось не то чтобы развивать, а спасать. От былых объемов по танковому ГТД остались буквально слезы. Если в 1990 году литейщики обеспечивали в месяц до 120 комплектов литья изд. 029, то к концу 90-х годов объемы упали до 20 комплектов в год. Шел активный поиск альтернативных вариантов развития уникальных газотурбинных направлений.
Вскоре литейщики завода получили еще один шанс продемонстрировать свои навыки в изготовлении высокоточных жеропрочных отливок. На этот раз – для разработанных по заказу Ирана газотурбинных установок. Здесь встал вопрос о технологии вакуумного литья самой, пожалуй, ответственной детали – ротора турбины из жаропрочного сплава ЖС6К-ВИ. Вес отливки достигал 32 кг, что для вакуумной печи УППФ-3М было практически пределом возможностей. В цельном исполнении такого рода отливки до этого не изготавливались, а, как правило, набирались из отдельных, ранее отлитых лопаток. Технологи завода предложили лить ротор целиком. Следовательно – и изготавливать его восковую модель в сборе. Понятно, что цельнолитая технология предъявляла особые требования по точности литья. Ведь, скажем, в обычном варианте сборки роторов, если попадается бракованная лопатка, то ее быстро заменяют годной. В новом же варианте из-за малейшего брачка хотя бы одной из 42 лопаток ротора приходилось забраковывать все изделие целиком. По цене, кстати, приближающееся к стоимости хорошего автомобиля. Стоить ли говорить о том, какой уровень литейной технологии должен быть для изготовления такого рода изделий.
Следующий этап развития литейно-кузнечного направления и завода в целом был обусловлен общим подъемом экономики страны. Правда, о былых объемах гособоронзаказа по тому же танковому направлению говорить не приходилось. Объемы упали в разы. Но главное – калужским литейщикам удалось сохранить уникальные технологии по всей газотурбинной тематике. Постепенно осваивались новые изделия, внедрялось современное прогрессивное оборудование. Литейно-кузнечное направление обретало второе дыхание.
Алексей Мельников, Калуга.
Фото автора.
