Лазерный удар против микротрещин: в МАИ внедряют новый способ упрочнения поверхности авиационных деталей

В Московском авиационном институте работают над внедрением новой для отечественной промышленности технологии – лазерной ударной обработки критически важных авиационных деталей из титановых и жаропрочных сплавов. Решение позволит снизить последствия от усталости материалов – затормозить рост микротрещин, возникающих во время длительной эксплуатации.

Работы ведутся при поддержке АО «ОДК» и Министерства науки и высшего образования РФ в рамках федерального проекта «Наука и кадры для производства средств производства и автоматизации». К проекту привлечены ведущие отраслевые институты и конструкторские бюро: ЦИАМ им. П.И. Баранова, АО «НИИД» – филиал АО «ОДК», ОКБ им. А. Люльки и «ОДК-Авиадвигатель». 

– В качестве объекта применения технологии можно рассмотреть компрессорные лопатки двигателей, которые испытывают колоссальные нагрузки. В двигатель при взлёте и посадке могут попадать посторонние предметы – от пыли и камней до птиц. Это может повреждать кромки лопаток, что значительно снижает их прочность и ресурс. Новая технология, разрабатываемая в МАИ, позволяет значительно замедлить рост трещин в металле. Её ключевое преимущество перед существующими методами – глубина воздействия, – рассказал участник проекта, доцент кафедры 205 «Технология производства двигателей летательных аппаратов» МАИ Даниил Королёв.

Технология применима для повышения ресурса не только лопаток, но и дисков, валов, зубчатых колёс, силовых элементов конструкции планера самолёта – для всех металлических деталей, которые сейчас упрочняют дробеударными методами. В этом случае поверхность детали обрабатывают дробью, которая оставляет микроскопические вмятины. Металл вокруг них сжимается, формируя упрочнённый слой. Однако эффект от такой обработки ограничен глубиной около 0,3 мм. 

Новая технология основана на использовании вместо дроби мощных лазерных импульсов, которые упрочняют поверхностный слой металла на глубину до 1,5 мм. А это значит, что трещина должна будет преодолеть больший путь, чем при классическом подходе, прежде чем достигнет «слабого» слоя.

Сейчас образцы обработанных по новой технологии лопаток проходят испытания на стенде Объединённой двигателестроительной корпорации. Полученные результаты уже впечатляют: усталостная прочность деталей, обработанных лазером, значительно превышает показатели серийных изделий. До конца 2027 года планируется завершить изготовление первого отечественного технологического комплекса лазерной ударной обработки.