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.

Исследование опубликовано в журнале Metals. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

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.

Ультрамелкозернистые материалы, в том числе новые титановые сплавы, имеют размер зерен менее одного 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.