 |
Ученые ПНИПУ выявили наиболее эффективный способ обработки новых титановых сплавов для деталей авиадвигателей
Исследование опубликовано в журнале Metals №13, 1721 за 2023 год. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Диски, втулки, валы, лопатки и другие части авиадвигателей делают из титановых сплавов. Такие детали получаются прочными и легкими, что позволяет совершенствовать конструкцию самолетов. Но их создание – трудоемкий процесс, высокопрочный сплав тяжело поддается обработке. Например, точение, фрезерование, сверление, протягивание таких деталей значительно влияет на их качество: часто разрушение начинается с поверхности, на которую активно воздействовали инструментами. Ученые ПНИПУ определили наилучшие параметры механической обработки образцов с ультрамелкозернистой структурой, чтобы повысить надежность и эффективность выпуска деталей авиадвигателей.
Для создания деталей авиадвигателей выбирают титановые сплавы, потому что они имеют малый удельный вес и высокую прочность. Но вместе с тем титан может налипать и задираться, а также спаиваться с режущим инструментом. В результате инструмент быстро изнашивается и требует преждевременной замены.
Параметры механической обработки материала, в том числе точение, зависят от физико-механических свойств и микроструктуры или, по-другому, его зернистости. Если рассмотреть образец, сделанный из исследуемого сплава в микроскоп, то можно увидеть «зерна»: они бывают разных размеров, форм и ориентации. От них зависят физико-химические свойства металлов – прочность, срок эксплуатации, реакция на различные среды и др.
Ультрамелкозернистые материалы, в том числе новые титановые сплавы, имеют размер зерен менее 1 микрометра и измеряются уже в нанометрах. Они заметно выигрывают перед крупнозернистыми сплавами по прочности и устойчивости к повреждениям, что подтверждается законом Холл-Петча. Эта структура специально создается исследователями для обеспечения нужных эксплуатационных свойств у деталей. Для получения таких заготовок микроструктуру крупнозернистых сплавов меняют несколькими способами, один из них – прессование.
Детали из получаемых таким способом титановых материалов более надежны и долговечны. Но в настоящее время исследований обрабатываемости титановых сплавов с ультрамелкозернистой структурой недостаточно для практического применения. Поэтому ученые Пермского Политеха изучили физические параметры процесса резания при механической обработке материалов.
Для проведения эксперимента пермские политехники совместно с учеными Уфимского университета науки и технологий, выбрали заготовки из сплава Ti-6Al-4V (в основе титан, а также алюминий, ванадий, цирконий, кремний, железо). Образцы в течение 20 минут закаляли при температуре 950С, а затем отжигали при 675С в течение 4 часов для повышения эффективности измельчения зерна. Затем ученые сформировали в заготовках ультрамелкозернистую структуру методом прессования.
Далее пермские ученые провели серию экспериментов на компьютерном центре диагностики процесса резания. Политехники использовали исследовательский стенд, включающий токарный станок, приспособление для закрепления деталей и диагностическое оборудование для измерения физических параметров процесса резания. Ученые обработали участки заготовок длиной от 8 до 10 мм на различных скоростях резания. Затем при помощи специальных приборов в лаборатории резания исследовали их микроструктуру, микротвердость и шероховатость, чтобы выяснить, как параметры резания влияют на эти показатели.
Для заготовки важна низкая шероховатость – чем более гладкая деталь, тем выше ее качество. Политехники добились требуемой шероховатости поверхности образцов с обеими структурами, но при обработке титанового сплава с ультрамелкозернистой структурой этот эффект достигнут на увеличенной скорости резания, обеспечивающей повышение производительности процессов в 1,5 раза и более. Технология имеет задельный характер и исследования, проводимые с образцами из нового ультрамелкозернистого материала, будут введены в производство ответственных деталей.
– При выбранных скоростях резания на поверхности сплавов с обеими структурами не было признаков локального перегрева материала и других дефектов. Все это свидетельствует об улучшении обрабатываемости титанового сплава при условии формирования ультрамелкозернистой структуры, – объясняет декан механико-технологического факультета ПНИПУ Михаил Песин.
Исследование ученых Пермского Политеха показало, что при изменении микроструктуры титанового сплава до ультрамелкозернистой и выборе правильной скорости резки, повышается производительность и качество обработки деталей для двигателей летательных аппаратов. Они становятся более надежными при эксплуатации.
Контактное лицо: Дарья Биянова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 21:29, 11.12.2023
Количество просмотров: 119
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал об изменениях в правилах для водителей, ПНИПУ, 21:48, 16.03.2026, Россия |
103 |
| С 1 марта 2026 года в России вступают в силу законодательные изменения, которые коснутся всех автовладельцев. Нововведения затронут цифровизацию электронных паспортов и усиление ответственности за нарушение ПДД. Ученый Пермского Политеха рассказал, какие изменения ждут водителей, как они повлияют на бюджет и авторынок, и что делать, чтобы избежать лишних расходов. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали 10 неочевидных фактов про сон, ПНИПУ, 21:18, 16.03.2026, Россия |
26 |
| 13 марта отмечается Всемирный день сна. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько плод спит в беременность, почему дети не видят себя во сне, как головной мозг избавляется от токсичных белков, зачем нам негативные сновидения, как нехватка сна приводит к диабету и какие психологические установки порождают бессонницу. |
|
| Ученая Пермского Политеха развеяла миф о вреде зимне-весенних овощей, ПНИПУ, 21:15, 16.03.2026, Россия |
20 |
| Существует миф, что зимне-весенние овощи содержат большое количество пестицидов и нитратов. Ученая Пермского Политеха разбирает популярный миф о зимне-весенних овощах, в чем их отличие от сезонных, как меняется количество витаминов в плодах и какие лучше всего употреблять для поддержания иммунитета. |
|
| Ученая Пермского Политеха поделилась 10 полезными фактами про почки, ПНИПУ, 21:55, 12.03.2026, Россия |
383 |
| 12 марта отмечается Всемирный день почки. Ученая ПНИПУ рассказала, когда формируются почки у ребенка, как работают, почему влияют на давление, мозг и витамин D, как часто их пересаживают, у кого выше риск образования камней, полезно ли есть арбуз и где разрабатывают искусственную почку. |
|
| Пермские ученые объяснили, почему на спутнике Сатурна бьют гейзеры, а на других — нет, ПНИПУ, 21:54, 12.03.2026, Россия |
383 |
| Европа, Энцелад и Титан — ледяные спутники Юпитера и Сатурна с подледными океанами. Только Энцелад выбрасывает воду в космос через гейзеры. Почему при сходном строении остальные спутники скрыты подо льдом, выяснили ученые Пермского Политеха и УрО РАН, создав математическую модель, которая объяснила этот феномен. |
|
|
|
