Ученые Молодежного проектно-технологического бюро ПИШ «Высшая школа авиационного двигателестроения» Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали прототип технологии гибридного аддитивного производства изделий аэрокосмической отрасли из никелевого сплава с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Жаропрочные сплавы относятся к труднообрабатываемым. Традиционно детали изготавливают из заготовок, полученных при помощи литья или обработки давлением посредством механической обработки и/или сварки. Такие сплавы во время сварки склоны к разрушению в зоне термического влияния, что ухудшает эксплуатационные характеристики. Сейчас развиваются альтернативные способы получения заготовок с использованием аддитивных технологий. Эти технологии сопряжены с рядом нежелательных явлений — неоднородной структурой, пористостью, остаточными напряжениями и склонностью к образованию горячих трещин, прорастанию столбчатых зерен, — которые понижают прочностные и усталостные характеристики. Формирование гибридных аддитивных технологий производства изделий с заданной структурой может минимизировать негативные эффекты.
Активно развивается направление изготовления изделий с функционально градиентными свойствами за счет формирования распределенной структуры с разной размерностью зерен. Наличие градиентной структуры позволяет материалу приобретать новые, недостижимые ранее эксплуатационные свойства. Варьируя долю зерен определенного размера и участки их расположения, можно управлять механизмами пластичности в изделиях. Особенно актуально данное направление в контексте развития применения технологий аддитивного изготовления заготовок изделий из сырья российского производства.
Создание прорывных передовых производственных технологий, в том числе и гибридных, является основным решением, направленным на преодоление технологического барьера в области получения изделий из жаропрочных суперсплавов с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Гибридный процесс основан на использовании дополнительного межслойного деформационного воздействия на формируемое изделие в процессе аддитивного выращивания. За счет этого возможно управление эксплуатационными характеристиками изделия, а также адаптация режимов термической обработки для улучшения структуры и свойств изделия, полученного послойной наплавкой.
Разработаны научно обоснованные режимы термической обработки никелевых сплавов в состоянии после аддитивного выращивания для нескольких вариантов получения градиентной структуры. Показана возможность управления механическими свойствами и твердостью формируемой заготовки в пределах 30%.
Разработана технологическая инструкция формирования заготовок с градиентной структурой, описывающая основные технологические операции и режимы, методы входного и выходного контроля и необходимого технологического оборудования. Технология может быть применена для формирования сложнопрофильных изделий с заданной структурой.
С 2025 года проект «Передовые инженерные школы» реализуется в рамках национального проекта «Молодежь и дети».
