Стаття опублікована в журналі «Наукоємні технології в машинобудуванні». Дослідження виконано в рамках програми стратегічного академічного лідерства «Пріоритет 2030».
Структура більшості металів складається з кристалів (зерен) різної геометричної форми, які можна розглянути під мікроскопом. В ультрамелкозернистих сплавах їхній розмір менше одного мікрометра. У порівнянні зі «стандартними» крупнозернистими, їхнє опірність втомі вище, вони більш міцні, тверді та зносостійкі.
Від обраних режимів та умов різання титанових сплавів залежить якість остаточної поверхні деталі та знос різального інструмента. Отримання нових високоякісних матеріалів може вирішити проблеми з їх оброблюваністю. При цьому поки недостатньо вивчено, як їх підвищена міцність і твердість впливають на процес обробки.
Вчені Пермського Політеху провели комплексні дослідження і визначили найбільш раціональні параметри обробки титану з ультрамелкозернистою структурою, які дозволяють досягти необхідної якості поверхні виробу.
Політехніки досліджували, як параметри різання, такі як швидкість, глибина та подача, впливають на шороховатість, залишкові напруження, мікротвердість та мікроструктуру поверхневого шару з звичайною крупнозернистою та ультрамелкозернистою структурою. Експерименти з зразками проводили з вісьмома різними режимами і виявили найбільш оптимальні для кращої обробки нового типу титану.
«Результати показали, що найменша шороховатість досягається з більшою швидкістю різання, тоді як для сплаву з крупними зернами такий режим не підходить, швидкість повинна бути меншою. Цей фактор дозволить в 1,5 рази підвищити продуктивність механічної обробки титану. Вплив же подачі та глибини різання незначний», – розповідає Михайло Песін, декан механіко-технологічного факультету ПНІПУ, доктор технічних наук.
Політехніки зазначають, що застосування будь-якого режиму не призводить до пошкоджень шару. Мікроструктура сплаву залишається однорідною і без ознак перегріву. Це свідчить про можливість бездефектного застосування підвищених швидкостей.
«Також помічено, що при обробці титанових сплавів з ультрамелкозернистою структурою на 15-20 відсотків знижуються вібрації, шум і потужність різання в порівнянні з обробкою крупнозернистого», – додає Михайло Песін.
Вчені Пермського Політеху довели перспективу застосування нових титанових сплавів для сучасних газотурбінних установок ПД14 і ПД35. Вони мають кращу оброблюваність, ніж ті, що використовуються зараз для деталей авіадвигунів. Рекомендовані в дослідженні режими різання підвищать швидкість їх механічної обробки і значно зменшать знос різального інструмента.