Науковий вісник НГУ

Твердофазна металургія у виробництві лопаток компресора: вплив ультразвукового зміцнення на властивості поверхневого шару

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №1 2026

Останнє оновлення: 27 лютого 2026

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1312

Authors:

Д. В. Павленко*, orcid.org/0000-0001-6376-2879, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Є. В. Вишнепольський, orcid.org/0000-0002-8048-7976, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна

І. О. Федоров, orcid.org/0009-0000-3146-8528, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна

М. О. Щетініна, orcid.org/0000-0003-0345-2048, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна

Ю. І. Торба, orcid.org/0000-0001-8470-9049, АТ «Івченко-Прогрес», м. Запоріжжя, Україна

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2026, (1): 043 - 049

https://doi.org/10.33271/nvngu/2026-1/043

Abstract:

Мета. Встановлення впливу ультразвукового зміцнення стальними кульками на шорсткість поверхні, залишкові напруження, мікротвердість і структуру поверхневого шару лопаток компресора, виготовлених із заготовок титанового сплаву, отриманих за технологією твердофазної металургії із порошків.

Методика. У роботі використовували зразки, що були виготовлені із суміші порошкових компонентів титанового сплаву, за хімічним складом відповідного ВТ8, методом інтенсивного ущільнення ‒ гвинтовою екструзією. Обробку профілю лопаток виконували методом високошвидкісного фрезерування на 5-ти координатному обробляючому центрі. Ультразвукову обробку поверхонь зразків проводили із використанням сталевих кульок діаметром 1,6 мм із твердістю HRC 62-66. Вимірювання залишкових напружень у поверхневому шарі – методом свердлення малих отворів, визначення розподілу мікротвердості проводили на косих шліфах, дослідження профілю поверхні – із використанням цифрового профілографа.

Результати. Встановлено, що деформаційне зміцнення поверхневого шару сталевими кульками в ультразвуковому полі протягом 15 хв забезпечує максимальні залишкові напруження стиску в поверхневому шарі (-515‒ -520 МПа на глибині 18‒20 мкм), рівномірне розподілення мікротвердості й шорсткості поверхні не вище 0,4 мкм. Збільшення часу обробки призводить до перенаклепу й руйнуванню поверхні. Структура обробленого шару зберігає рівноосний бімодальний характер, типовий для титанового сплаву ВТ8.

Наукова новизна. Уперше встановлені кількісні закономірності впливу режимів ультразвукового зміцнення сталевими кульками на напружено-деформований стан, мікротвердість, шорсткість і глибину наклепу титанового сплаву ВТ8, отриманого за технологією твердофазного синтезу. Запропоновані науково обґрунтовані технологічні режими обробки, що забезпечують формування оптимальних властивостей поверхневого шару з метою підвищення довговічності лопаток газотурбінних двигунів.

Практична значимість. Запропоновані технологічні параметри обробки можуть бути використані при серійному виробництві або ремонті деталей газотурбінних двигунів, зокрема в авіаційній галузі.

Ключові слова: твердофазна металургія, інтенсивна пластична деформація, структура, лопатки, залишкові напруження, мікротвердість

References.

1. Pavlenko, D., Dvirnyk, Y., & Przysowa, R. (2021). Advanced materials and technologies for compressor blades of small turbofan engines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1024(1), 012061. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1024/1/012061

2. Chang, Y. Y., Zhang, W., Zhang, Y. F., & Amer, A. (2025). Nonlinear Vibrations of FG-GPLRC Titanium-Based Rotating Blade under Non-Uniform Multiphysics Excitations: Tip Leakage Flow and Blade-Casing Rubbing Effects. Thin-Walled Structures, 114109. https://doi.org/10.1016/j.tws.2025.114109

3. Nan, G., Yao, X., Yang, S., Yao, J., & Chen, X. (2024). Vibrational responses and fatigue life of dynamic blades for compressor in gas turbines. Engineering Failure Analysis, 156, 107827. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2023.107827

4. Biswas, S., Ganeshachar, M.D., Kumar, J., & Kumar, V.N. S. (2014). Failure Analysis of a Compressor Blade of Gas Turbine Engine. Procedia Engineering, 86, 933-939. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.11.116

5. Lai, X., Wang, Y., Wang, D., Zhao, G., & Yang, Y. (2023). Research on Surface Integrity and Fatigue Properties in the Turning of TC17 Titanium Alloy Based on the Response Surface Method. Materials, 16(22), 7180. https://doi.org/10.3390/ma16227180

6. Bykov, I. O., Ovchinnikov, A. V., Pavlenko, D. V., & Lechovitzer, Z. V. (2020). Composition, Structure, and Properties of Sintered Silicon-Containing Titanium Alloys. Powder Metallurgy and Metal Ceramics, 58(9-10), 613-621. https://doi.org/10.1007/s11106-020-00117-w

7. Agrawal, R. K., Pandey, V., Barhanpurkar-Naik, A., Wani, M. R., Chattopadhyay, K., & Singh, V. (2020). Effect of ultrasonic shot peening duration on microstructure, corrosion behavior and cell response of cp-Ti. Ultrasonics, 104, 106110. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2020.106110

8. Cai, J., Wu, H., Tian, Y., & Zhang, X. (2025). The influence of ultrasonic shot peening on the microstructure and fatigue behavior of TC17 alloy. Scientific Reports, 15(1), 13548. https://doi.org/10.1038/s41598-025-89959-1

9. Sun, H., Si, C., & Wang, J. (2024). Effect of ultrasonic shot peening on the microstructure, surface residual stress, and wear properties of Ti-6Al-4V alloy. Surface Engineering, 40(11-12), 1098-1112. https://doi.org/10.1177/02670844241298674

10.      Yi, Y., Yin, F., Zhai, J., & Liu, Y. (2024). Microstructure evolution and numerical modeling of TC4 titanium alloy during ultrasonic shot peening process. Metals, 14(3), 275. https://doi.org/10.3390/met14030275

11.      Zhang, Q., Duan, B., Zhang, Z., Wang, J., & Si, C. (2021). Effect of ultrasonic shot peening on microstructure evolution and corrosion resistance of selective laser melted Ti–6Al–4V alloy. Journal of Materials Research and Technology, 11, 1090-1099. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.01.091

12.      Qiu, Y., Peng, Y., & Zuo, Y. (2024). Ultrasonic impact surface strengthening treatment and fatigue behaviors of titanium alloy thin-walled open hole components. Engineering Fracture Mechanics, 307, 110292. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2024.110292

13.      Perevalova, O. B., Panin, A. V., Kazachenok, M. S., & Martynov, S. A. (2023). Effect of Ultrasonic Impact Treatment on Microstructure and Fatigue Life of 3D Printed Ti–6Al–4V Titanium Alloy. Physics of Metals and Metallography, 124(10), 1059-1065.
https://doi.org/10.1134/S0031918X23601816

14.      Avcu, E., Abakay, E., Yıldıran Avcu, Y., Çalım, E., Gökalp, İ., Iakovakis, E.,..., & Guney, M. (2023). Corrosion behavior of shot-peened Ti6Al4V alloy produced via pressure-assisted sintering. Coatings, 13(12), 2036. https://doi.org/10.3390/coatings13122036

15.      Siahpour, P., Amegadzie, M. Y., Shakerin, S., Tieu, A., Donaldson, I. W., Harding, M., & Plucknett, K. P. (2025). Ultrasonic pulsed waterjet peening of Ti-6Al-4 V manufactured by laser powder bed fusion. Surface and Coatings Technology, 501, 131931. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2025.131931

16.      Wang, N., Zhu, J., Liu, B., Zhang, X., Zhang, J., & Tu, S. (2021). Influence of ultrasonic surface rolling process and shot peening on fretting fatigue performance of Ti-6Al-4V. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 34(1), 90. https://doi.org/10.1186/s10033-021-006111

17.      Pavlenko, D. V., Belokon’, Y. О., & Tkach, D. V. (2020). Resource-saving technology of manufacturing of semifinished products from intermetallic γ-TiAl alloys intended for aviation engineering. Materials Science, 55(6), 908-914. https://doi.org/10.1007/s11003-020-00386-1

18.      ASTM International (2020). Standard Test Method for Residual Stress Determination by the Hole-Drilling Method, E837-20. Retrieved from https://store.astm.org/e0837-13a.html

19.      Schajer, G. S., & Whitehead, P. S. (2022). Hole-drilling method for measuring residual stresses. Springer Nature. https://doi.org/10.1007/978-3-031-79713-2

20.      Vyshnepolskyi, Y. V., Pavlenko, D. V., Sidorenko, M. V., & Pysarskyi, A. O. (2020). Methodology for measuring residual stresses by hole drilling method in thin-walled complex-profile parts of short-life small aircraft engines. Metallurgy and Metal Processing, 3(58), 9-11. https://doi.org/10.15407/mom2020.03.069

21.      Popov, A. L., Kozintsev, V. M., Chelyubeev, D. A., & Levitin, A.L. (2021). Hole-drilling method in residual stress diagnostics. Mechanics of Solids, 56(7), 1320-1339. https://doi.org/10.3103/S0025654421070190

• < Попередня
• Наступна >