В Корабелке вырастили титановую «зебру» для сопротивления деталей удару

Ученые Института лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ разработали и создали с помощью прямого лазерного выращивания многослойный материал, который позволит деталям из него дольше выдерживать динамические нагрузки. Это будет полезно в корабельной, судостроительной, космической и авиационной отраслях промышленности. Исследование опубликовано в International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

Многие ответственные детали, такие как, например, лопасти в газотурбинных двигателях, прессы, молоты, поршни, испытывают серьезные динамические нагрузки в определенных направлениях относительно изделия. Чтобы выдержать их, металл, из которого сделаны детали, должен быть одновременно прочным и пластичным. Но в природе такие свойства часто противоречат друг другу.

Исследователи из Морского технического университета предложили слоистый металлический композит, где чередуются два материала: чистый титан (менее прочный, но более пластичный) и сплав титана с алюминием и ванадием (более прочный, но с низкой пластичностью). Испытания показали, что изделие из нового материала будет обладать высокой прочностью в сочетании с высокой пластичностью и выдерживать, соответственно, больший уровень ударных нагрузок. Все потому, что для распространения трещины в композиционном материале потребуется потратить больше энергии в сравнении титановым сплавом. То есть трещины будут распространяться гораздо медленнее, проходя слои из разных материалов.

«Если мы знаем направление воздействия основных нагрузок на изделие, то можем это компенсировать чередованием слоев материалов с различными свойствами. Наш подход позволяет очень гибко регулировать свойства материалов и достаточно быстро создавать новые материалы для конкретных изделий», – рассказала заведующая лабораторией «Тестирование и исследование материалов» ИЛИСТ Марина Гущина.

Титановую «зебру» ученые получили прямым лазерным выращиванием – на этом методе основаны многие подходы в аддитивных технологиях. Металлические порошки загружаются в «дозаторы» и затем регулируемо в струе аргона отправляются в область действия лазерного излучения. Материал выращивается послойно: два слоя чистого титана, потом два слоя сплава титана с алюминием и ванадием, снова чистый титан, потом сплав – и так много раз.

Метод позволяет комбинировать схожие и даже разнородные материалы для нужд производителей. «Мы занимаемся наукой ради глобального внедрения наших разработок в промышленность. Заказчики уже интересуются новыми материалами. Если три года назад по разработке новых материалов к нам обращались одна-две компании в год, то сейчас подобные вопросы задают 5-7 компаний. В нашем фокусе – градиентные материалы, композиционные материалы, высокоэнтропийные и мультикомпонентные сплавы, а также их исследования и испытания», – отметила Ольга Климова-Корсмик, руководитель отделения исследований материалов ИЛИСТ, заведующая лабораторией «Физическое и цифровое материаловедение».

Более полугода ученые подбирали состав композита, выращивали пластины для испытаний и непосредственно их исследовали и испытывали. Эта работа входит в круг задач Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» и программы «Приоритет 2030».