Сколтех: найден способ точнее выявлять скрытые напряжения в деталях авиадвигателей

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.