Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) совместно с коллегами из Уфы нашли способ увеличить предел выносливости титанового сплава, необходимого для авиационного двигателестроения.

«Двухфазные титановые сплавы широко применяются в авиации и двигателестроении благодаря своей высокой удельной прочности и коррозионной стойкости. Однако повышение их предела выносливости остается актуальной задачей при разработке и производстве деталей газотурбинных двигателей, таких как лопатки и диски компрессора, которые испытывают значительные растягивающие нагрузки во время работы», — рассказали в ПНИПУ.

По данным вуза, уже известна возможность применения двухфазного субмикрокристаллического титанового сплава для производства деталей газотурбинных двигателей, работающих в условиях высоких циклических нагрузок и повышенных температур от 201 до 351 градуса Цельсия. До настоящего времени не было проведено исследований усталостной прочности сплава при рабочих температурах. Ученые механико-технологического факультета Пермского политеха исследовали свойства сплава Ti-6Al-4V, состоящего из алюминия, ванадия и титана, оценили его инженерные перспективы при максимально возможной для этого сплава температуре в 351 градус Цельсия.

По словам исследователей, эксперимент проводился с использованием горячекатаных прутков из сплава Ti-6Al-4V диаметром 20 мм. Их подвергали стандартной термической обработке: закалке при температуре в 966 градусов Цельсия и отжигу при 676 градусах в течение четырех часов. После этого стержни в четыре подхода были обработаны в установке РКУП (равноканальное угловое прессование) при температуре в 651 градус. Механические испытания на растяжение проводились при комнатной температуре и при температуре в 351 градус.

«Все образцы для усталостных испытаний были изготовлены путем токарной обработки и механической полировки. Микроструктуры материала были проанализированы с помощью просвечивающей электронной микроскопии в продольном сечении стержня», — пояснил декан механико-технологического факультета ПНИПУ Михаил Песин.

По словам профессора, ультрамелкозернистый сплав Ti-6Al-4V, полученный методом равноканального углового прессования, продемонстрировал повышенную прочность при растяжении и более высокую прочность при рабочей температуре в 351 градус по сравнению с его аналогом — крупнозернистым сплавом. «Эксперименты показали, что уменьшение зерен в широко используемом двухфазном титановом сплаве Ti-6Al-4V увеличивает его предел выносливости при комнатной температуре», — отметили в ПНИПУ.

Исследования пермских и уфимских ученых выполняются по государственному заданию и в рамках программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030». Результаты работы исследователей опубликованы в журнале Metals An Open Access Journal from MDPI 2022 года.