В Перми раскрыли способы улучшения скорости и качества обработки новых титановых сплавов.

Статья опубликована в журнале «Наукоемкие технологии в машиностроении». Данное исследование было проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Структура большинства металлов состоит из кристаллов (зерна) различных геометрических форм, которые можно наблюдать под микроскопом. В ультрамелкозернистых сплавах их размер составляет менее одного микрометра. По сравнению с «стандартными» крупнозернистыми сплавами, они обладают повышенным сопротивлением усталости, а также большей прочностью, твердостью и износостойкостью.

Качество окончательной поверхности детали и износ режущего инструмента зависят от выбранных режимов и условий резания титановых сплавов. Получение новых высококачественных материалов может помочь решить проблемы, связанные с их обрабатываемостью. Однако до сих пор недостаточно изучено, как их повышенная прочность и твердость влияют на процесс обработки.

Ученые Пермского Политеха провели комплексные исследования и определили наиболее эффективные параметры обработки титана с ультрамелкозернистой структурой, которые позволяют достичь необходимого качества поверхности изделия.

Политехники исследовали влияние параметров резания, таких как скорость, глубина и подача, на шероховатость, остаточные напряжения, микротвердость и микроструктуру поверхностного слоя с обычной крупнозернистой и ультрамелкозернистой структурой. Эксперименты с образцами проводились с восемью различными режимами, что позволило выявить наиболее оптимальные для эффективной обработки нового типа титана.

«Результаты показали, что наименьшая шероховатость достигается при высокой скорости резания, тогда как для сплава с крупными зернами такой режим не подходит, скорость должна быть ниже. Этот фактор позволит в 1,5 раза увеличить производительность механической обработки титана. Влияние подачи и глубины резания незначительно», – рассказывает Михаил Песин, декан механико-технологического факультета ПНИПУ, доктор технических наук.

Политехники отмечают, что использование любого режима не приводит к повреждениям слоя. Микроструктура сплава остается однородной и без признаков перегрева. Это свидетельствует о возможности бездефектного применения повышенных скоростей.

«Также было замечено, что при обработке титанового сплава с ультрамелкозернистой структурой на 15-20 процентов снижаются вибрации, шум и мощность резания по сравнению с обработкой крупнозернистого», – добавляет Михаил Песин.

Ученые Пермского Политеха подтвердили перспективность применения новых титановых сплавов для современных газотурбинных установок ПД14 и ПД35. Они обладают лучшей обрабатываемостью по сравнению с теми, что используются в настоящее время для деталей авиадвигателей. Рекомендованные в исследовании режимы резания повысят скорость их механической обработки и значительно уменьшат износ режущего инструмента.