В Пермском Политехническом университете предложили наиболее быстрый и экономичный метод создания деталей из титанового сплава. Он позволит уменьшить расход материала, сделать цикл производства на несколько операций короче и повысить производительность.

Разработку предложила студентка Пермского Политеха Надежда Менлышева. Результаты опубликованы в сборнике «Современные проблемы машиностроения: труды XII Международной научно-технической конференции».

«Титан – один из наиболее «молодых» конструкционных материалов. Его называют «металлом века» и «металлом космической эры». Производство ни одного другого металла не получило в последнее время такого бурного развития. Это можно объяснить уникальным сочетанием физико-механических свойств титана и его значительных запасов в природе.

Микроструктура титанового сплава
Микроструктура титанового сплава

Но его характеристики зависят от структуры сплава, на которую влияют способы обработки материалов. Один из перспективных методов – аргонно-дуговая наплавка в защитной атмосфере, – рассказывает студентка четвертого курса механико-технологического факультета ПНИПУ Надежда Менлышева.

За основу разработчица взяла известный способ аргонно-дуговой наплавки, который применяют при восстановлении и ремонте конструкций из прочных материалов, например, сталей. Но, по словам студентки, структура, режимы и способы создания титановых сплавов недостаточно изучены. Ученые Пермского Политеха изготовили сплав с помощью наращивания материала – аддитивных технологий.

Общий вид выращенных образцов после наплавки на титановую подложку трех слоев
Общий вид выращенных образцов после наплавки на титановую подложку трех слоев

Они позволяют создавать детали с характеристиками, которые недоступны при других методах обработки. Изделия получают путем нанесения материала слоями с помощью 3D-принтера. Аддитивные технологии помогают сэкономить ресурсы, так как при формировании детали материал наращивают, а не удаляют из заготовки.

«Изделия, полученные путем наплавки, могут заменить детали, которые изготавливают с помощью литья. Детали не нужно будет вытачивать из отлитого бруска, можно лишь наплавить контур, обработать его и получить практически готовое изделие. В частности, литье титана – это очень трудозатратный процесс, который требует специального оборудования, вакуумной обработки и подготовки сырья.

Общий вид выращенных образцов после наплавки на титановую подложку 30 слоев
Общий вид выращенных образцов после наплавки на титановую подложку 30 слоев

Технология позволит получать детали из многокомпонентных сплавов и цветных металлов, экономя расход материала. Этот способ позволит уменьшить цикл производства на несколько операций и повысить производительность», – поясняет разработчица. Она изучила строение образцов из титанового сплава ВТ 20 после наплавки при различных режимах.

Затем она выявила отличия в их структуре и описала, как меняется строение в зависимости от количества наплавленных слоев. Разработчица исследовала структуру в центре образца и по периферии, проверила наличие дефектов в зоне наплавленных слоев и на стыке подложки и наплавки.

Панорама подложки и слоев
Панорама подложки и слоев

Она также изучила твердость образцов, чтобы сравнить поведение сплава в обычном деформированном состоянии и в дополнительных слоях. Анализ данных помог ей выбрать наиболее эффективный режим наплавки. Разработчица уже получила образец, созданный с помощью аргонно-дуговой наплавки, с 30 слоями, и четыре образца с тремя слоями. Предполагается, что разработка найдет применение в авиастроительном и машиностроительном производстве и в ремонте деталей.