Промышленные детали сделали прочнее с помощью лазера
Во время эксплуатации ответственные детали газотурбинных двигателей, нефте- и газопроводов подвергаются высоким нагрузкам. Концентрация напряжений на поверхности приводит к образованию микротрещин и последующему разрушению изделий. Важнейшая задача промышленности заключается в повышении их долговечности и надежности, что во многом зависит от методов и качества металлообработки. Среди эффективных технологий выделяют лазерное ударное упрочнение, которое позволяет сдерживать развитие микротрещин, значительно продлевая ресурс детали. Ученые Пермского Политеха и Института механики сплошных сред УрО РАН провели исследования и определили режим лазерной ударной обработки, при котором усталостная долговечность изделия увеличивается в шесть раз.
Статья с результатами опубликована в «Российском физическом журнале». Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда и в рамках Государственного задания России.
Технология лазерного ударного упрочнения продлевает срок службы компонентов, используемых в самолетах, ядерных реакторах, на электростанциях, газоперекачивающих установках и в других изделиях, где часто встречается механический износ. Процесс обработки заключается в использовании высокоэнергетического импульсного лазерного излучения. Воздействуя на материал ударной нагрузкой, оно создает поле остаточных напряжений, которое меняет микроструктуру поверхности и формирует упрочненный слой до одного миллиметра. Это повышает коррозионную стойкость и усталостную долговечность детали, то есть ее способность выдерживать определенные нагрузки без разрушения.
– Комплекс для лазерного ударного упрочнения материалов, созданный на базе ИМСС УрО РАН, является уникальной в России установкой и позволяет решать не только научные задачи, но и проводить серийную обработку деталей для промышленности, – отмечает Анастасия Изюмова, научный сотрудник ИМСС УрО РАН, кандидат физико-математических наук.
При проведении обработки важно понимать, какую конфигурацию будет иметь поле остаточных напряжений, его величину, интенсивность и глубину слоя, в котором оно формируется. Это играет большую роль в зарождении дефектов и развитии повреждений материала. Характеристики лазерного излучения (энергия, время воздействия, форма лазерного луча) напрямую влияют на эти показатели.
Ученые ПНИПУ и ИМСС УрО РАН определили, насколько можно повысить эксплуатационную нагрузку на обработанные детали, чтобы созданное поле остаточных напряжений все еще замедляло образование трещин и их рост.
– Для этого мы провели две серии механических испытаний образцов титанового сплава до и после обработки лазерным ударом, нагружая их силами 10 и 16,5 кН. Полученные экспериментальные результаты способствовали разработке новой компьютерной модели, по которой можно отследить, как состояние материала с остаточными напряжениями меняется в зависимости от приложенной внешней нагрузки (10; 15; 16,5; 18 кН). Результаты позволили исследовать зависимость скорости роста трещины в поле остаточных напряжений от величины внешнего воздействия, – объясняет Артем Ильиных, доцент кафедры экспериментальной механики и конструкционного материаловедения ПНИПУ, кандидат технических наук.
Исследователи выяснили, что трещина в образце после обработки лазерным ударом при его нагружении внешней силой 16,5 кН развивается также, как и трещина в необработанных образцах при гораздо меньшей нагрузке в 10 кН. При таком воздействии рост дефекта в обработанном материале значительно замедляется, а усталостная долговечность детали увеличивается почти в 6 раз.
Также эксперименты показали, что создаваемое поле остаточных напряжений существенно замедляет процесс зарождения дефекта. При дальнейшем распространении трещины доминирующую роль играет величина приложенных усилий.
Таким образом, ученые ПНИПУ и ИМСС УрО РАН установили режим лазерной ударной обработки, после применения которого можно повысить внешнюю эксплуатационную нагрузку на детали с 10 кН до 16,5 кН без снижения усталостной долговечности. Полученные результаты исследования могут быть полезны в создании долговечных и надежных промышленных ответственных изделий.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно