Авиация России

Учёные Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Института механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук (ИМСС УрО РАН) определили оптимальные параметры лазерного ударного упрочнения промышленных деталей. Эта технология позволяет значительно увеличить усталостную долговечность изделий газотурбинных двигателей, используемых в авиации, энергетике и других отраслях, где изделия подвергаются высоким механическим нагрузкам.

Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда в рамках Государственного задания, а их результаты опубликованы в 2024 году в «Российском физическом журнале», рассказали в пресс-службе ПНИПУ.

«Результаты исследования показали, что после обработки лазерным ударом усталостная долговечность деталей возрастает в шесть раз. Это подтверждено экспериментами на титановых сплавах. Полученные результаты исследования могут быть полезны в создании долговечных и надёжных промышленных ответственных изделий» – отметили в Политехе.

Лазерное ударное упрочнение – это процесс, при котором высокоэнергетическое импульсное лазерное излучение воздействует на поверхность материала, создавая поле остаточных напряжений. Это поле изменяет микроструктуру поверхности и формирует упрочнённый слой толщиной до 1 мм, повышающий коррозионную стойкость и усталостную долговечность деталей. Полученные новые свойства важны для компонентов, работающих в экстремальных условиях, таких как газотурбинные двигатели, нефте- и газопроводы, а также ядерные реакторы.

Комплекс для лазерного ударного упрочнения, разработанный в ИМСС УрО РАН, является единственной в России установкой, способной не только проводить научные исследования, но и осуществлять серийную обработку деталей для промышленности. По словам научного сотрудника института механики, кандидата физико-математических наук Анастасии Изюмовой, установка позволяет точно контролировать энергию лазерного импульса, время воздействия и форму лазерного луча, те параметры, которые напрямую влияют на характеристики создаваемого поля остаточных напряжений.

В ходе экспериментов специалисты провели серию механических испытаний образцов титанового сплава до и после лазерной обработки. Образцы подвергались нагрузкам в 10, 15, 16,5 и 18 кН. Результаты показали значительное замедление роста дефектов в обработанных деталях: трещина в обработанном лазерным ударом образце при нагрузке 16,5 кН развивается так же, как в необработанном образце при нагрузке 10 кН.

Эксперименты также подтвердили, что поле остаточных напряжений, создаваемое лазерной ударной обработкой, существенно замедляет процесс зарождения дефектов. Однако при дальнейшем распространении трещины ключевую роль играет величина приложенной внешней нагрузки. Это открытие позволило учёным разработать компьютерную модель, которая прогнозирует изменение состояния материала в зависимости от приложенной нагрузки. Модель учитывает зависимость скорости роста трещин от величины приложенных усилий и помогает определить оптимальные параметры лазерной обработки для конкретных условий эксплуатации.

(9 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Загрузка...