Новая технология производства усилила прочность авиаконструкций

Ученые НИТУ «МИСиС» разработали способ производства композитных деталей для аэрокосмической промышленности, который за счет сочетания лазерных технологий и изостатического прессования на 15% повысил прочность готовых изделий. Результаты проекта опубликованы в международном научном журнале The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

Композитный титаново-кремниевый материал обладает уникальными механическими свойствами, необходимыми для создания воздушного и наземного транспорта - высокой прочностью на растяжение и жесткостью. Детали из таких композитов востребованы аэрокосмической промышленностью, и особенно они актуальны для ее отечественной отрасли в современных экономических условиях. 

Свойства этого волокнистого композита сильно зависят от довольно сложной технологии изготовления, которая предполагает ряд существенных ограничений. Высокая химическая активность титана сводит на «нет» методы производства в жидком, расплавленном состоянии. 

Научный коллектив лаборатории гибридных аддитивных технологий НИТУ «МИСиС» предложил оригинальное решение задачи - гибридный подход, сочетающий лазерные технологии и горячее прессование. 

«Композитные детали, состоящие из матрицы титанового сплава с армирующими волокнами карбида кремния, впервые были успешно изготовлены с использованием нового подхода, сочетающего лазерную плавку в порошковом слое и горячее изостатическое прессование, - рассказал соавтор разработки, ведущий эксперт лаборатории гибридных аддитивных технологий НИТУ «МИСиС» Андрей Травянов, - Способ предполагает, что волокна могут быть помещены в матрицу после изготовления единичного элемента. После этого из отдельных элементов можно собрать деталь с окончательной формой. Консолидация конечной детали может быть выполнена методом горячего изостатического прессования. Высокое давление и температура при этом будут вызывать усадку зазоров между матрицей и волокном и способствовать диффузионному соединению элементов матрицы. Дальнейшая вставка волокон и сборка нескольких одиночных элементов позволяет получить заготовку с равномерным распределением волокон в объеме».

По словам разработчиков, в ходе экспериментов была подтверждена возможность реализации предложенного подхода в промышленных условиях. В результате были успешно изготовлены детали из армированного титанового сплава с объемной долей волокон 17 %. Рентгеновская томография выявила отсутствие дефектов в полученной детали и хороший контакт между матрицей и волокнами. 

Испытания на трехточечный изгиб показали, что созданная по новой технологии композитная деталь имеет значительно более высокие – до 15% - показатели прочности и жесткости, чем деталь, изготовленная из массивного титанового сплава.

В настоящее время коллектив разработчиков работает над оптимизацией технологии и расширением диапазона изготовляемые деталей.