Российские учёные разработали новый метод упрочнения металлических деталей, в первую очередь для аэрокосмической отрасли.
Физики Челябинского государственного университета и Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук (ПФИЦ УрО РАН) впервые в России провели успешный эксперимент по повышению уровня прочности деталей самолёта за счёт обработки лазером. Об этом представителям российского государственного федерального информационного агентства ТАСС сообщила выпускница магистратуры физического факультета ЧелГУ, младший научный сотрудник ПФИЦ УрО РАН Ксения Манухина.
Технология, которая называется лазерной ударной проковкой, представляет собой «выстрелы» ультракороткими импульсами мощнейшего лазера в мишень на металле. Это новый метод обработки металлов, который можно применять в таких сложных видах промышленности, как производство деталей для ракет и самолётов — таких, например, как МиГ-31, один из быстрейших в воздушно-космических силах России.
«В аэрокосмической отрасли крайне важным является уровень прочности металлических деталей, так как они подвергаются колоссальным нагрузкам, различному температурному воздействию, — прокомментировала Ксения Манухина. — В числе таких деталей, к примеру, лопатки и лопасти турбин реактивных двигателей. Наша группа учёных, в которую также входит заведующий кафедрой общей и теоретической физики ЧелГУ, профессор Александр Майер, успешно рассчитала и провела эксперименты по технологии лазерной ударной проковки».
После «выстрела» лазерным импульсом на поверхности металлической детали образуется небольшая вмятина. При этом металл уплотняется, как при обычной горячей ковке, что повышает прочностные характеристики изделия. Технологию проверяли на медных металлических пластинах.
«На пластину подаётся вода, чтобы предотвратить распространение ударной волны в окружающую среду и сделать удар лазера более эффективным. В процессе удара в материале происходит деформация кристаллической решётки, она пытается вернуться в исходное положение, — объяснила Ксения Манухина. — За счёт этих противонаправленных действий в металле задерживаются остаточные напряжения, благодаря которым дальнейшее деформационное нагружение уже не причинит серьёзного вреда металлической пластине».
Геометрию деталей и особенности обработки отрабатывали на цифровой трёхмерной модели детали. Учёные в ходе эксперимента установили зависимость скорости выхода частиц на поверхность металла при лазерном ударе от времени, и с помощью автоматической идентификации Байеса определили оптимальные параметры для работы установки. Остаточные напряжения измеряли методом сверления отверстий в образцах до и после лазерной ударной проковки при различных условиях обработки.
Получит ли эта технология распространение в промышленности или останется любопытным научным экспериментом, покажет время.
Заметим, что Челябинский государственный университет — участник национального проекта «Наука и университеты», в нём развивается более 30 научных школ. Все исследования подкреплены сотрудничеством с ведущими научными центрами, фондами и организациями. На базе университета создано представительство Уральского отделения Российской академии наук.
