Физики Челябинского государственного университета и Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН (ПФИЦ УрО РАН) рассчитали параметры эффективного упрочнения металлов для самолетов и космических кораблей.
РИА «Новый День», инновационная технология лазерной ударной проковки представляет из себя процесс выстрела ультракороткими импульсами лазера в мишень на металле (для эксперимента исследователи выбрали медные пластинки). После выстрела на поверхности металла образуется видимая глазу вмятина, а внутри происходит упрочнение. Металлы, которые были подвергнуты лазерной ударной проковке, более прочные и срок их эксплуатации увеличивается.
«Эксперимент проходит в отдельной комнате, где стоит ультрамощный лазер, на пластину подается вода, чтобы предотвратить распространение ударной волны в окружающую среду и сделать удар лазера более эффективным, – рассказывают ученые. – В процессе удара в материале происходит деформация кристаллической решетки, и она пытается вернуться в исходное положение. За счет этих противонаправленных действий в металле задерживаются остаточные напряжения, благодаря которым дальнейшее деформационное нагружение уже не причинит серьезного вреда металлической пластине».
Такие прочные металлы нужны для изготовления лопаток и лопастей турбины двигателя самолетов.
В ходе эксперимента ученые вывели кривые зависимости скорости свободной поверхности (скорости выхода частиц на свободную поверхность при лазерном ударе) от времени. И те же кривые были получены при моделировании с помощью компьютерных программ. После сравнения результатов эксперимента и моделирования с помощью автоматической идентификации Байеса определялись оптимальные параметры. Для описания процессов, которые происходят в материале, использовалась модель Джонсона – Кука. Она уже применяется в пакетах программного обеспечения. В перспективе усложненная модель может задавать режимы лазерного воздействия для конкретной детали без проведения предварительных испытаний и оценивать эффективность этого воздействия.
В последствии ученые планируют заменить медь на используемые в аэрокосмической отрасли титан и другие металлы и их сплавы.
Челябинск, Ольга Арсентьева