Ученые Уральского федерального университета с коллегами из Индийского института науки (Indian Institute of Science, Бангалор) разработали технологию создания жаропрочных сплавов на основе алюминидов титана. Такие сплавы выдерживают рабочую температуру до 700 ℃ и легче аналогов из никеля или железа. Из них можно создавать изделия перспективных газотурбинных двигателей для авиационно-космической отрасли. Работу ученых поддержал Российский научный фонд (проект<https://rscf.ru/project/22-49-02066/> № 22-49-02066). Характеристики изделий из алюминида титана ученые описали<https://link.springer.com/article/10.1007/s11015-024-01792-5> в журнале Metallurgist.
«Снижение веса изделий для авиационно-космической техники решит ряд задач: повысит экономичность, снизит вес, увеличит грузоподъемность летательных аппаратов. Одним из решений этих задач может стать использование в деталях двигателя и других компонентах жаропрочных сплавов на основе алюминидов титана. Изделия из таких сплавов крайне прочные, выдерживают температуры до 700 ℃ и легче аналогов из железа и никеля, — поясняет соавтор работы, доцент кафедры термообработки и физики металлов УрФУ Степан Степанов. — Сегодня умеют создавать детали из алюминидов титана, но традиционными технологиями из деформированных полуфабрикатов, прутков и так далее. Стандартная технология включает несколько этапов: получение заготовки, мехобработка, термическая обработка; и является не очень экономичной. Основная сложность при работе с интерметаллидами заключается в их низкой пластичности. И из них труднее изготавливать сложные детали при помощи обработки металлов давлением. Над решением этих задач мы и работали».
Для изготовления образцов ученые заменили традиционный способ на аддитивный (печать на 3D-принтере). Порошок под заказ создал российский производитель, образцы также напечатали на отечественном 3D-принтере.
Как поясняют ученые, по новой технологии на изготовление детали уходит меньше времени (по сути, необходимо выполнить одну операцию — сплавление тонкого слоя порошка лазером); многократно повторяя, можно выращивать изделия сложной формы за счет нанесения новых слоев. Форма может быть практически любой, с точными размерами, которые затем не нужно подгонять.
«Нам предстояло решить ряд задач, в частности, улучшить механические и эксплуатационные свойства изделий: снизить количество пор, непроплавов, химическую неоднородность, повысить пластичность, избежать мелких трещинок и так далее. В итоге за счет подбора правильных технологических параметров 3D-печати, термической обработки, состава сплава и других решений мы получили заданную структуру материала при отсутствии дефектов, которых сложно избежать при данном способе производства. В общем, нам удалось создать технологию и получать изделия методом, который раньше в принципе не использовали для таких материалов», — рассказывает Степан Степанов.
На сегодня ученые создали образцы изделий с заданными характеристиками. Результаты испытаний не уступают разработкам мирового уровня в данной области материаловедения. Однако зачастую работы по данному направлению являются коммерческой тайной и описание новейших технологий, как правило, не публикуется в открытом доступе.
«Аддитивные технологии сегодня активно развиваются во всем мире, но применительно к нашим материалам наработок не так много, и ведутся они примерно последние три-пять лет. Связано это среди прочего с тем, что необходимо специальное оборудование, которое позволяет печатать при повышенной температуре», — говорит Степан Степанов.
Отметим, в планах ученых адаптировать технологию для промышленного внедрения и продолжить работу с другими видами сплавов.
Фото: пресс-служба УрФУ / Родион Нарудинов.
Уральский федеральный университет — один из ведущих вузов России, расположен в Екатеринбурге. Участник проекта по созданию кампусов мирового уровня — части национального проекта «Наука и университеты», реализуемого Минобрнауки России. Университет — участник государственной программы поддержки российских вузов «Приоритет-2030», выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы».
