Пермяки рассказали, как продлить жизнь титановым авиационным деталям
3D-печать металлами активно применяется для создания и ремонта изделий, которые трудно сделать обычными методами. В авиации ее используют, например, для изготовления деталей, таких, как завихрители камеры сгорания — ключевые компоненты двигателей. Такая технология ускоряет процесс, снижает затраты, количество отходов и риск возникновения брака. Тем не менее, из-за усталости материала, (постепенного разрушения от постоянных нагрузок) напечатанные металлом детали часто выходят из строя. В Пермском Политехе нашли способ делать эти конструкции прочнее, оптимизировав их обработку и направление печати. Это значительно сократит затраты авиапромышленности на прототипирование и изготовление новых деталей.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ.
Аддитивное производство новых деталей дешевле и удобнее, чем традиционные методы. Оно распространено в авиации, автомобилестроении и энергетике. Особенно широкое применение в 3D-печати находит титановый сплав ВТ6. Из него изготавливают лопатки турбин, элементы двигателей, облегченные кронштейны и крепления, детали фюзеляжей и шасси, компоненты выхлопных систем, станков, теплообменники и многое другое.
– При такой методике изготовления есть свои недостатки: в изделиях могут быть дефекты (поры, неравномерная структура), из-за чего материал становится менее прочным. В результате такие детали часто выходят из строя из-за усталости металла. Особенно уязвимы места с концентраторами напряжений — например вырезы или отверстия в местах крепежей для болтов, клепок и т.д., – комментирует Александр Паньков, младший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ.
Даже небольшие дефекты поверхности сокращают срок службы авиационных и космических конструкций, поэтому необходимо тщательно изучать, как эти слабые места влияют на их конечное состояние. Чтобы это выяснить, ученые Пермского Политеха провели серию экспериментов с образцами титанового сплава ВТ6, напечатанными на 3D-принтере.
– Для проверки прочности мы изготовили образцы и вырезали их в трех направлениях: вдоль, поперек и под углом 45°C к слоям печати. Затем провели испытания, имитируя реальные нагрузки в авиации и космонавтике. Сравнили полированные и необработанные образцы, а также модели с односторонними и двусторонними вырезами, в которых «скапливаются» напряжения. При высоких нагрузках порядка 750 МПа разница между полированными и шероховатыми образцами была минимальна — разрушение начиналось у выреза независимо от полирования.
При низких, около 250 МПа, обработанные объекты выдерживали в 2-3 раза больше циклов. Для промышленности все это означает, что полировка оправдана не всегда — если деталь работает под высокой нагрузкой и проходит регулярные проверки, можно сэкономить на обработке, – комментирует Артем Ильиных, кандидат технических наук, доцент кафедры «Экспериментальная механика и конструкционное материаловедение», старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики.
Политехники также выяснили, что вертикально наплавленные детали прочнее, чем поперечные и под углом 45°C. То есть, детали с отверстиями/переходами нужно проектировать с учетом направления печати. В пример можно привести авиационную конструкцию с охлаждающими каналами (двухсторонними отверстиями). Она будет менее долговечной, чем цельная, без вырезов, но это можно компенсировать это за счет ориентации, напечатав ее в вертикальном направлении.
Результаты исследования ученых ПНИПУ помогут улучшить проектирование 3D-печатных деталей для авиадвигателей, снизить затраты на полировку, предотвратить поломки в ответственных узлах, где важна устойчивость к многократным нагрузкам. В дальнейшем планируется испытание метода на реальных деталях аэрокосмической техники.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
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