Изображения поверхностей разрушения образцов после испытаний при напряжении 900 МПа, для сплава УМЗ

Изображения поверхностей разрушения образцов после испытаний при напряжении 900 МПа, для сплава УМЗ

 

Двухфазные титановые сплавы широко применяются в авиации и двигателестроении благодаря своей высокой удельной прочности и коррозионной стойкости. Тем не менее 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. Ученые механико-технологического факультета Пермского Политеха с коллегами из Уфы исследовали свойства сплава Ti-6Al-4V, состоящего из алюминия, ванадия и титана, и оценили его инженерные перспективы при максимально возможной для данного сплава температуре в 351 градус Цельсия.

Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале «Metals | An Open Access Journal from MDPI» 2022 года. Разработка выполнена в рамках Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030».

На сегодняшний день 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. Однако до настоящего времени не было проведено исследований усталостной прочности данного сплава при рабочих температурах.

— Эксперимент проводился с использованием горячекатаных прутков из сплава Ti-6Al-4V диаметром 20 мм. Их подвергали стандартной термической обработке, которая состояла из закалки с температуры в 966 градусов Цельсия и последующего отжига при 676 градусах в течение четырех часов. После этого стержни в четыре подхода были обработаны в установке РКУП при температуре в 651 градус. Механические испытания на растяжение проводились при комнатной температуре и при температуре в 351 градус. Образцы для испытаний на растяжение имели цилиндрические калиброванные участки с начальной длиной 15 мм и диаметром 3 мм. 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, — поясняет декан механико-технологического факультета, профессор ПНИПУ Михаил Песин.

Образец для усталостных испытаний

Образец для усталостных испытаний

 

Ультрамелкозернистый сплав Ti-6Al-4V, полученный методом равноканального углового прессования, продемонстрировал повышенную прочность при растяжении и 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.

Исследования выполняются по государственному заданию FSNM-2020-0027 «Разработка теоретико-экспериментальных подходов и методов для описания механического поведения структурно-неоднородных материалов и проектирование конструкций из них».

Продолжение этих работ включено в тему проекта «Приоритет-2030» — «Научные основы технологий проектирования и изготовления изделий для аэрокосмической техники, работающих в экстремальных условиях, из функциональных материалов с ультрамелкозернистой структурой».
 

Информация и фото предоставлены пресс-службой ПНИПУ