Ученые из СПбПУ запатентовали новый способ получения композиционного материала для авиакосмической отрасли. Инновация изобретения в использовании карбида титана, пропитанного жаропрочным сплавом и нанесением его с помощью 3D-печати.
Актуальные запросы
В аэрокосмической индустрии лидером среди жаропрочных сплавов по праву считается Inconel 718. Сплав незаменимым при производстве ключевых компонентов силовых установок: роторов, несущих элементов, лопаток турбин и резервуаров, работающих под высоким давлением.
Однако растущие технологические запросы авиации и ракетостроения диктуют необходимость в новых материалах. Актуальной задачей становится снижение массы деталей при одновременном повышении их прочностных и износостойких характеристик.
Идеальный композит
Чтобы материал получился по-настоящему прочным, его внутренняя структура должна напоминать прочную кость с пористой губчатой основой. Ключевые критерии для такого композиционного материала включают:
- наличие армирующего каркаса из карбида титана с толщиной элементов в диапазоне 250–500 мкм;
- уровень пористости каркаса – от 30% до 70%, что обеспечивает эффективную пропитку;
- равномерное распределение упрочняющего сплава по всему объему каркаса;
- предел прочности на сжатие не ниже 1700 Мпа;
- сохранение жаропрочности при температурах до 1200C;
- повышенная износостойкость, подтвержденная испытаниями (потеря массы не более 0,03 г по стандарту ASTM – G65).
Основным технологическим барьером является исключительная твердость и износостойкость карбида титана. Из-за чрезмерного износа режущего инструмента это делает традиционную механическую обработку литых заготовок экономически невыгодной. Традиционные методы обработки здесь не подходили, поэтому российские ученые предложили использовать 3D-печать металлом.
Результаты работ
Новый метод предполагает использование селективного лазерного плавления (SLM) для послойного синтеза титанового каркаса с заранее заданными геометрическими параметрами.
Главным достижением технологии стало обеспечение равномерного распределения пропиточного сплава внутри ячеек карбид-титанового каркаса. Эта однородность микроструктуры исключает риск образования пор, которые являются концентраторами напряжений и приводят к появлению трещин под нагрузкой.
Итоговый композитный материал демонстрирует выдающиеся механические свойства: сверхвысокую прочность на сжатие и способность длительно работать в температурном режиме, превышающем 1200C.
Область применения
Производство критически важных компонентов для авиационных и ракетных двигателей, создание жаропрочных, жаростойких и износостойких функциональных покрытий и конструкционных элементов.
Также подписывайтесь на обновления Производства.рф во Вконтакте, Одноклассниках, Телеграме и Дзене.