Учёные Новосибирского государственного технического университета НЭТИ изучают влияние термической обработки на фазовый состав и трещиностойкость сплавов на основе алюминида титана, стабилизированных добавками железа, никеля и кобальта. Исследования помогут решить проблему хрупкости сплавов. Об этом сообщили в пресс-службе НГТУ НЭТИ.
Лёгкие и высокопрочные сплавы на основе алюминида титана (TiAl) широко используются в авиационной промышленности, особенно для изготовления лопаток турбин низкого давления. Однако эти сплавы имеют существенный недостаток — низкую температурную стойкость. При высоких температурах их свойства ухудшаются, в том числе из-за окисления. Поэтому учёные продолжают искать новые сплавы или разрабатывать защитные покрытия, что является актуальной задачей, решаемой на кафедре материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ.
Профессор кафедры материаловедения, доктор технических наук Дарья Лазуренко, отмечает, что сплавы на основе TiAl3 обладают преимуществом благодаря образованию плотной оксидной плёнки Al2O3 на поверхности при окислении. Эта плёнка защищает сплав от дальнейшего взаимодействия с кислородом. Однако сплавы с высоким содержанием алюминия имеют ограничения, связанные с их низкой пластичностью и склонностью к образованию трещин, которые могут появляться уже на этапе производства.
Для устранения этих недостатков применяется легирование TiAl3, то есть добавление других элементов для улучшения его свойств. Легирование переходными металлами может повысить трещиностойкость сплава в 2–3 раза. Однако в тройных системах сплавов часто образуются вторичные соединения, которые снижают пластичность и нивелируют эффект легирования.
Учёные исследуют возможность устранения этих вторичных соединений с помощью добавок железа, никеля и кобальта, а также термической обработки. Согласно квантово-химическим расчётам, вторичная фаза, образующаяся во всех сплавах, более стабильна, чем TiAl3, легированный переходным металлом. Проведённые исследования с использованием метода дифракции рентгеновского синхротронного излучения in situ показали, что при нагреве вторичная фаза растворяется в сплаве. Таким образом, термическая обработка может эффективно устранять эти нежелательные соединения.
«Мы рассматриваем возможность устранения таких соединений из сплавов на основе TiAl3 с добавками железа, никеля и кобальта путем термической обработки. Исследования показали, что во всех сплавах формируется вторичная фаза одного типа, которая, согласно проведенным в работе квантово-химическим расчетам, является более стабильной, по сравнению с TiAl3, легированным переходным металлом. По этой причине избежать ее формирования при изготовлении сплавов является затруднительным. С использованием метода дифракции рентгеновского синхротронного излучения в режиме in situ было показано, что вторичная фаза растворяется в сплаве при нагреве. Таким образом, проведение термической обработки может быть эффективно для ее устранения», — рассказала Дарья Лазуренко.
Разработанное решение применимо к сплавам, включающим железо. После обработки количество вторичных фаз в материале значительно уменьшилось, а его устойчивость к трещинам увеличилась на 30%.
Российские учёные работают над улучшением авиационных материалов не только в Новосибирске, но и в Перми. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные Пермского Политеха разработали новую технологию изготовления шумопоглощающих панелей для авиадвигателей. Технология 3D-матриц позволила создать более эффективные звукопоглощающие конструкции и облегчить панели в 1,5 раза, сделав двигатели тише.