Пермские ученые повысили качество изделий из сплава нового поколения

Статья опубликована в журнале «Обработка металлов». Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда.

Жаропрочные сплавы нового поколения — это современные материалы, обладающие повышенной устойчивостью к высоким температурам, внешним нагрузкам и окислению, что делает их незаменимыми в высокотехнологичных отраслях, таких как авиастроение и энергетика. При этом их твердость сильно влияет на точность обработки изделий механическими способами. В процессе резания быстро изнашивается инструмент и выделяется большое количество тепла, из-за чего страдает качество итогового продукта.

В качестве альтернативного метода эффективна проволочно-вырезная электроэрозионная обработка. Это распространенная сегодня технология, которая позволяет создавать детали сложных форм и разных размеров. По заданной программе проволока под действием электрических разрядов плавит материал и формирует нужный контур на металлической заготовке.

Технология подходит для сплавов любой твердости. Однако в процессе воздействия на металл кратковременными импульсами на поверхности образовывается наружный белый слой. Он обладает совсем другими значениями твердости по сравнению с основным материалом. На нем могут собираться остаточные напряжения, возникать трещины и другие поверхностные дефекты, которые в дальнейшем способствуют разрушению всего изделия. Величина дефектного слоя зависит от применяемых режимов обработки. Поэтому важно исследовать, как они влияют на его формирование и на качество поверхности.

Ученые ПИШ Пермского Политеха экспериментально исследовали особенности электроэрозионной обработки жаропрочного никелевого сплава ВВ751П и установили условия, влияющие на качество получаемого слоя и образование дефектов на поверхности образцов.

Сплав ВВ751П особенно широко используется для изготовления деталей авиадвигателей, таких как лопатки турбин, диски компрессоров, других элементов, работающих в условиях высоких температур и механических нагрузок. Его применение увеличивает срок службы и повышает надежность деталей.

В ходе экспериментов политехники изготовили несколько образцов разной высоты (10 и 15 мм) и выполнили их обработку при минимальном и максимальном времени воздействия электрического импульса (21 и 30 микросекунды). Затем детально исследовали поверхностный слой образцов.

– Мы установили, что при проволочно-вырезной электроэрозионной обработке величина дефектного белого слоя остается стабильной на обоих режимах и составляет 10 микрометров. Изменение параметров почти не сказывается на глубине его образования. Однако происходят изменения в его структуре и параметров шероховатости. Так, при кратковременном действии импульса (21 микросекунды) поверхностных дефектов в виде пор и трещин нет, но при увеличении энергии импульса (30 микросекунды) материал плавится интенсивнее и формируются различные неровности и микротрещины, – объясняет Тимур Абляз, директор Высшей школы авиационного двигателестроения ПНИПУ, кандидат технических наук. 

Политехники отмечают, что от высоты заготовок также зависит качество поверхности. С ее увеличением от 10 до 15 мм образование микротрещин происходит интенсивней вне зависимости от мощности режима, и их размеры достигают в длину 50-60 микрометров. Значения шероховатости также увеличиваются в зависимости от высоты образца от 1,62 до 3,4 мкм по параметру Ra (один из ключевых показателей для оценки и контроля шероховатости поверхности).

Таким образом, результаты показали, что добиться бездефектного верхнего слоя с низкими значениями параметра шероховатости можно, контролируя подачу энергии электрического импульса и высоту самих заготовок.

Ученые ПИШ Пермского Политеха исследовали условия электроэрозионной обработки жаропрочного никелевого сплава нового поколения. Выявленные особенности позволят создавать промышленные авиационные изделия более высокого качества и с лучшей устойчивостью к внешним нагрузкам.

ПНИПУ

1023 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше