Изготовление изделий из титана и его сплавов традиционными методами является сложной технологической задачей, которая требует много времени и средств. Ученые Южно-Уральского государственного университета разработали новую универсальную технологию изготовления деталей из титановых сплавов с использованием аддитивных технологий. Новая технология позволит значительно сэкономить при дальнейшей механической обработке. Статья об исследовании опубликована в выскорейтинговом журнале Materials (Q1).
Новая технология создания изделий из титана
Изделия из титана сегодня широко применяются в машиностроении и авиации благодаря его прочности. Однако чаще всего для производства этих деталей используется традиционное литейное производство. Использование аддитивных технологий представляется весьма перспективным направлением, так как может позволить создавать изделия сложной геометрической формы из титана и его сплавов с последующей относительно неглубокой механической обработкой.
«Производство деталей методом литья – очень сложный технологический процесс. Его необходимо производить в контролируемой атмосфере (под вакуумом или в среде защитных газов), чтобы избежать взаимодействия титанового расплава с кислородом и азотом воздуха. А дальнейшая механическая обработка таких деталей требует особых условий и оборудования, поэтому отличается высокой себестоимостью. Использование аддитивных технологий представляется весьма перспективным направлением, так как может позволить создавать изделия сложной геометрической формы из титана и его сплавов с последующей относительно неглубокой механической обработкой. Это позволит значительно снизить цену готового изделия», – поясняет руководитель проекта – заведующий международной лабораторией механики, лазерных процессов и цифровых производительных технологий со стороны ЮУрГУ Марина Самодурова, профессор, доктор технических наук.
Целью работы ученых Южно-Уральского государственного университета совместно со специалистами АО «Композит» стала разработка технологии изготовления деталей из титановых сплавов с использованием совмещения двух технологий аддитивного производства: SLM (Selective Laser Melting) и DMD (Direct Metal Deposition) процессов. Работа ЮУрГУ заключалась в разработке технологии создания конструкционных элементов из порошковых титановых сплав методом DMD на заготовках, изготовленных с помощью SLS процессов.
.jpg)
Сохраняя традиционную прочность
В рамках работы международной лаборатории механики, лазерных процессов и цифровых производительных технологий ЮУрГУ было проведено исследование структуры и микротвердости изготовленных деталей из сплавов титана с помощью высокоточного лабораторного оборудования.
«Был проведен анализ химического состава различных участков деталей, изготовленных методом лазерной наплавки, анализ однородности химического состава по высоте изделия, а также состав отдельных структурных составляющих. Все исследованные образцы имеют микроструктуру, характерную для закаленного состояния двухфазных титановых сплавов, а значит обладают необходимой прочностью и твердостью, которая требуется от подобных изделий», – рассказывает Марина Самодурова.
В ходе эксперимента было принято технологическое решение о наружной термозащите рабочей камеры. Эта незначительная модернизация стандартного комплекса лазерной наплавки FL-Clad-R-4 позволила предотвратить растрескивание полученных деталей после остывания. Учеными были полученные изделия с хорошими показателями по прочностным характеристикам. Результаты эксперимента показали, что детали из титана и титановых сплавов, полученные с помощью аддитивных технологий, могут успешно использоваться в машиностроении и авиации, так как обладают высокой надежностью и большим запасом прочности.