Сплавы на основе титана широко применяют в авиастроении, в частности в конструкциях авиационных газотурбинных двигателей. Разрушение деталей из такого материала в большинстве случаев начинается с поверхности, качество которой зависит от условий механообработки. Ученые Пермского Политеха выявили оптимальные режимы резания для точения сплавов, которые позволят материалу сохранить долговечность, а деталям — качество эксплуатации.
Статья опубликована в журнале «БГТУ» № 7 за 2024 год. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Титановые сплавы в авиастроении используют преимущественно для изготовления таких ответственных деталей, как направляющие аппараты и диски, лопатки компрессора, втулки, валы и др. Большинство таких сплавов относятся к высокопрочным и труднообрабатываемым. Режимы резания для них и стойкость режущего инструмента намного ниже, чем при обработке сталей. Поверхность характеризуется шероховатостью, остаточными напряжениями, волнистостью, наклепом и микроструктурой. Чтобы получить качественное покрытие деталей из титанового сплава, требуется оптимизировать режимы резания, учитывая все эти факторы.
Ученые Пермского Политеха провели исследование влияния параметров резания (скорости, подачи, глубины) на характеристики поверхностного слоя образцов сплава Ti-6Al-4V, наиболее применяемого в авиационной технике. Для изучения его микроструктуры на каждом режиме провели разрез заготовок с крупнозернистыми и ультрамелкозернистыми структурами проволочным электроэрозионным методом с полным погружением в бак с рабочей жидкостью.
— Анализ показал, что для сплава с ультрамелкозернистой структурой с увеличением скорости резания в 1,5 раза шероховатость снижается, а для сплава с крупнозернистой структурой — наоборот. В обоих случаях влияние подачи на увеличение шероховатости высокое, а глубины резания — незначительное. В результате новые титановые сплавы после токарной обработки резанием имеют лучшие показатели шероховатости, шума и вибрации, более благоприятный характер остаточных напряжений и наклепа в поверхностном слое. Эти факторы снижают износ инструмента и повышают его стойкость по сравнению с обработкой обычного крупнозернистого титана, — пояснил Михаил Песин, доктор технических наук, декан механико-технологического факультета Пермского Политеха.
Проведенное учеными ПНИПУ исследование позволит подобрать оптимальные режимы резания и снизит риск нарушения сопряжения деталей из-за быстрого износа выступов, снижения жесткости в стыковых соединениях деталей, прочности и герметичности, а также поражения коррозией поверхности с грубой обработкой. Все это повысит эксплуатационные показатели ответственных деталей из титанового сплава.