Исчерпание конструктивных способов увеличения срока службы деталей привело к созданию новых методов обработки материалов, позволяющих улучшить их свойства. Наряду с традиционными методами поверхностной обработки метод лазерного ударного упрочнения имеет ряд преимуществ: отсутствие глобального термического воздействия, возможность локальной обработки деталей сложной геометрии, малое время обработки.

На базе Института механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук (филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН) была собрана установка для лазерного ударного упрочнения, включающая в себя твердотельный Nd:YAG лазер Beamtech SGR-Extra-10 и роботизированный шестиосевой манипулятор STEP SR50. Важную роль в контексте улучшения усталостных свойств материалов при использовании технологии лазерного ударного упрочнения играют характеристики лазерного воздействия и схема обработки.

Основным итогом первого этапа работы стало определение оптимальных параметров лазерного воздействия и схемы проходов лазерного луча для обработки заготовки из титанового сплава Вт6 с концентратором напряжений в форме круглого выреза.

Усталостные испытания обработанных заготовок показали, что предложенный режим обработки позволяет значительно увеличить количество циклов нагружения до разрушения заготовки данной геометрии. Это связано с оптимальной конфигурацией поля остаточных напряжений, создаваемых лазерным ударом в концентраторе. Численное моделирование процесса лазерной ударной обработки визуализировало поля остаточных напряжений, сдерживающих зарождение и распространение дефектов.

Благодаря полученным результатам ИМСС УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) вошел в качестве исполнителя вместе с ведущими промышленными предприятиями и исследовательскими институтами авиастроительной отрасли (филиал АО «ОДК», АО «НИИД», ОКБ им. А. М. Люльки - филиал ПАО «ОДК-УМПО», АО «ОДК-Авиадвигатель», ФГБОУ ВО «МАИ», ФАУ «ЦИАМ им. П. И. Баранова», «ЛМЗ» филиал ПАО «ОДК-УМПО», АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ») в дорожную карту АО «Объединённая двигателестроительная компания», направленную на освоение технологии упрочнения авиационных деталей лазерным ударом.

На следующем этапе работы над проектом ученые планируют оценить тепловые и акустико-эмиссионные особенности развития трещины в поле наведенных остаточных напряжений и разработать способ замедления распространения уже существующей трещины («залечивание» детали) с помощью метода лазерного ударного упрочнения.

Источник: ПФИЦ УрО РАН.