Ученые Института лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ) Санкт-Петербургского государственного морского технического университета (СПбГМТУ, Корабелка) разработали и создали с помощью технологии 3D-печати методом прямого лазерного выращивания многослойный материал, позволяющий конечным деталям дольше выдерживать динамические нагрузки.
Многие ответственные детали, такие как лопатки газовых турбин, прессы, молоты, поршни, испытывают серьезные динамические нагрузки, поэтому металл, из которого сделаны детали, должен быть одновременно прочным и пластичным. В природе такие свойства часто противоречат друг другу. Исследователи из СПбГМТУ предложили слоистый металлический композит, где чередуются два материала — чистый титан (менее прочный, но более пластичный) и сплав титана с алюминием и ванадием (более прочный, но с низкой пластичностью).
Испытания показали, что изделие из нового материала будет обладать высокой прочностью в сочетании с высокой пластичностью и выдерживать большее высокие ударные нагрузки. Для распространения трещин в композиционном материале потребуется потратить больше энергии в сравнении с титановым сплавом, то есть трещины будут распространяться гораздо медленнее, проходя слои из разных материалов.
Соавтор исследования Марина Гущина работает с просвечивающим электронным микроскопом
«Если мы знаем направление воздействия основных нагрузок на изделие, то можем это компенсировать чередованием слоев материалов с различными свойствами. Наш подход позволяет очень гибко регулировать свойства материалов и достаточно быстро создавать новые материалы для конкретных изделий», — рассказала заведующая лабораторией «Тестирование и исследование материалов» ИЛИСТ Марина Гущина.
Титановую «зебру» ученые получили прямым лазерным выращиванием: металлические порошки струей аргона подаются в зону плавления, где обрабатываются лазерным излучателем. Материал выращивается послойно и с чередованием: два слоя чистого титана, затем два слоя сплава титана с алюминием и ванадием, затем цикл повторяется снова и снова. Метод позволяет комбинировать схожие и даже разнородные материалы в зависимости от нужд производителей.
Соавтор исследования Ольга Климова-Корсмик. На экране монитора — результаты электронной микроскопии титановой «зебры»
«Мы занимаемся наукой ради глобального внедрения наших разработок в промышленность. Заказчики уже интересуются новыми материалами. Если три года назад по разработке новых материалов к нам обращались одна-две компании в год, то сейчас подобные вопросы задают пять-семь компаний. В нашем фокусе — градиентные материалы, композиционные материалы, высокоэнтропийные и мультикомпонентные сплавы, а также их исследования и испытания», — рассказала руководительница отделения исследований материалов ИЛИСТ, заведующая лабораторией «Физическое и цифровое материаловедение» Ольга Климова-Корсмик.
Более полугода ученые подбирали состав композита, выращивали пластины для испытаний и проводили тестирование. Эта работа входит в круг задач Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» и программы «Приоритет 2030».
Соавтор исследования Артур Вильданов у установки прямого лазерного выращивания
Исследование опубликовано в журнале International Journal of Advanced Manufacturing Technology.
Пресс-релиз
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.