Исследователи Сколтеха разработали новый подход для измерения остаточных напряжений в титановом сплаве ВТ6, который используется при производстве лопаток авиационных двигателей. Об этом «Газете.Ru» рассказали в пресс-службе образовательного учреждения.
Остаточные напряжения возникают в металлах после обработки или эксплуатации и могут приводить к появлению трещин и разрушению деталей. Особенно критично это для авиационной техники, где от состояния материала зависит безопасность и срок службы двигателей.
Ученые исследовали титановый сплав ВТ6 (Ti-6Al-4V), широко применяемый в аэрокосмической отрасли. Для этого они использовали метод микро-кольцевого ионного травления с цифровой корреляцией изображений, комбинируя ионные пучки галлия и ксенона.
По словам старшего научного сотрудника Лаборатории иерархически структурированных материалов Сколтеха Евгения Статника, применение плазменного источника ксенона позволило увеличить область анализа с 5–20 микрометров до 50–80 микрометров. Это дает возможность исследовать напряжения в так называемом мезомасштабе — диапазоне от 0,05 до 0,5 миллиметра, который раньше оставался труднодоступным для экспериментальных методов.
Исследователи провели серию испытаний на образцах сплава после пластического изгиба. Полученные данные показали, что результаты измерений с использованием галлия и ксенона хорошо согласуются друг с другом, а величина остаточных напряжений варьировалась от –500 до +500 мегапаскалей.
Одним из ключевых результатов стал эксперимент, который ученые назвали «матрёшкой»: внутри большого кольца, сформированного ксеноновым пучком, дополнительно создавали микрокольцо с помощью галлия. Это позволило напрямую показать, что разные масштабы измерений выявляют разные уровни внутренних напряжений материала.
«Крупный зонд Xe⁺ усредняет мелкомасштабные флуктуации, тогда как малый зонд Ga⁺ выявляет локальные вариации, связанные с морфологией зерен и дислокационной структурой», — пояснил руководитель исследования Александр Корсунский.
Кроме того, ученые обнаружили связь между остаточными напряжениями и локальной твердостью материала. Это открывает возможность быстро оценивать внутреннее состояние деталей с помощью методов наноиндентирования без разрушения образца.
Авторы считают, что разработанная технология поможет повысить надежность и срок службы деталей авиационных двигателей, а также найдет применение в биомедицинском приборостроении, микроэлектронике и аддитивном производстве.
Ранее российские ученые разработали технологию производства «умной» керамики для авиации и электроники.