Сколтех устранил «слепую зону» в диагностике прочности лопаток авиадвигателей
Ученые Сколтеха разработали инновационный метод анализа остаточных напряжений в материалах, который устраняет «слепую зону» между макро- и микромасштабами. Новый подход, основанный на комбинации ионных пучков галлия и ксенона, позволяет с высокой точностью определять внутренние напряжения в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм – именно там, где формируется прочность лопаток авиационных двигателей и других чрезвычайно важных деталей.
Остаточные напряжения, возникающие после обработки или эксплуатации, критически влияют на долговечность и надежность конструкций. Однако традиционные методы либо дают усредненную картину на уровне миллиметров, либо фокусируются на отдельных микроструктурах. Промежуточный мезомасштаб оставался практически неисследованным.
Команда Лаборатории иерархически структурированных материалов под руководством профессора Александра Корсунского применила метод микро-кольцевого ионного травления с цифровой корреляцией изображений (МКИТ / FIB-DIC). В ходе экспериментов на титановом сплаве ВТ6 (Ti-6Al-4V), широко используемом в авиастроении, ученые провели оригинальный «эксперимент-матрешку»: сначала формировали мезомасштабное кольцо ионным пучком ксенона (Xe⁺), а затем внутри него выполняли микрокольцевое фрезерование пучком галлия (Ga⁺).
«Крупный» зонд Xe⁺ усредняет флуктуации по множеству зерен, а «малый» зонд Ga⁺ выявляет локальные вариации, связанные с микроструктурой. Это позволяет целенаправленно выбирать масштаб зондирования для разных инженерных задач», – поясняет профессор Корсунский.
Методика позволяет не только повысить точность прогнозирования ресурса деталей, но и открывает путь к неразрушающей экспресс-оценке напряженного состояния по картированию твердости. А эта возможность важна не только для аэрокосмоса, но и для биомедицины, микроэлектроники и аддитивных технологий.
Исследование поддержано грантом Минобрнауки РФ и новым грантом РНФ, а результаты опубликованы в журнале Measurement.
