Авиадвигатели станут долговечнее: новый титановый сплав выдержит 650 градусов

Специалисты Уральского федерального университета получили новый титановый сплав, который выдерживает высокие рабочие температуры и может увеличить срок службы двигателей самолетов. Увеличить рабочую температуру удалось за счет повышенного (относительно стандартного) содержания алюминия, хрупкость которого нивелировали специальными режимами обработки металла. Описание свойств сплава исследователи опубликовали в журнале Metal Science and Heat Treatment.

«Мы подобрали новые составы и режимы обработки сплавов, которые позволяют использовать эти сплавы для элементов статора двигателя с рабочей температурой 650 градусов Цельсия и при более длительных эксплуатациях, чем сегодня. Движущиеся части двигателя — лопатки и другие — работают при температуре до 600 градусов Цельсия до 200 часов — период, за который можем гарантировать, что так называемая деформация при ползучести (показатель работоспособности) будет в пределах допустимых значений», — объясняет руководитель научной группы, заведующий кафедрой термообработки и физики металлов УрФУ Артемий Попов.

В мировых лабораториях сегодня ведутся исследования, цель которых — повысить рабочую температуру устройств, что позволит создавать более мощные двигатели, с бо́льшим запасом прочности и ресурсом работы, объясняют ученые.

«Обычно после каждых 100 часов налета при экстремальных режимах двигатель нужно снимать, осматривать и ремонтировать. Для понимания — это не каждые 100 часов общего налета: когда самолет летит горизонтально, двигатели работают достаточно легко. 100 часов интенсивной работы: на взлете и на посадке, когда двигатели работают напряженно. Если удастся увеличить время взлета и посадки, продлить срок службы этих двигателей, то получится и увеличить экономические показатели использования двигателя. В конечном счете потребуется меньше ремонтов», — объясняет практическую значимость разработки Артемий Попов.

Авиационные двигатели состоят из нескольких ступеней: турбины высокого и низкого давления и других деталей, где рабочие температуры достигают 1000 градусов Цельсия и выше, поясняют ученые. Компрессор, вентилятор авиадвигателя работают при более низких температурах — их и создают из титановых сплавов.

«Сплавы того класса, которые мы сегодня пытаемся применять, никогда не использовались в авиастроении, потому что они обладают повышенной хрупкостью. Мы же применили специальные режимы термомеханической обработки, которые позволили решить эту проблему, и теперь сплав может использоваться дольше», — поясняет Артемий Попов.

Ученые уже пробуют на производстве новые сплавы: работают с опытными образцами, выплавляют слитки весом до 30–40 кг.

«Мы работаем с российской корпорацией, крупнейшим производителем титана и изделий из него — ВСМПО-АВИСМА. В ближайших планах — доработать материалы до использования в полупромышленных масштабах, и тогда можно будет оценивать экономические показатели. Затем уже нужно будет получить разрешения контролирующих органов и только после этого можно говорить о промышленном внедрении. В этом направлении и работаем», — заключает Артемий Попов.