ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Развитие усталостных трещин в алюминиевых лопастях и лопатках из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Ниже представлено обобщение экспериментальных материалов по исследованию указанных выше типов дефектов в дисках и дефлекторах двигателя НК-8-2у в связи с необходимостью обоснования сохранения неизменным межремонтного периода эксплуатации деталей, которые были пропущены в эксплуатацию с электроэрозионными повреждениями. Фактически решена была задача эксплуатации деталей по принципу безопасного повреждения. [c.553] Повреждения дисков и дефлекторов, изготавливаемых из одного сплава ЭИ698, от электроискрового разряда связаны с созданием локальной зоны теплового кратковременного воздействия на материал. В эксплуатации 12 дисков П ступени турбины двигателя с указанными повреждениями отработали 509-5946 ч. Ни в одном случае от повреждений не зародились усталостные трещины. Диск с максимальной глубиной повреждения 0,4 мм, выявленной в исследованиях, наработал в эксплуатации 3000 ч и не имел усталостной трещины. [c.553] Три диска с общей наработкой в эксплуатации 12526-14285 ч, включавшей 3752-4066 ч после последнего ремонта с нанесенными повреждениями, были использованы для детального исследования характера наносимых повреждений и изготовления образцов для испытаний материала с этими повреждениями. [c.553] Жаропрочный никелевый сплав ЭИ-698 имеет два типа размера упрочняющей У-фазы, равномерно распределенной в твердом растворе. Испытания гладких образцов на растяжение, вырезанных из двух дисков и дефлектора, показали, что сплав имеет предел прочности и текучести 1250-1350 и 750-850 МПа соответственно. [c.553] Для исследования влияния повреждений на усталостные характеристики материала диска были вырезаны несколько образцов из дисков с разной интенсивностью повреждений, которая оценивалась визуально по размеру зоны повреждения. Образцы изготавливали таким образом, чтобы зона повреждения находилась в центре поверхности, где создаются максимальные растягивающие напряжения при изгибе. Образцы вырезали из ступичной части диска, поэтому они имели дугообразную форму. Различие в размерах повреждений привело к тому, что испытанные образцы имели ширину 8, 14 и 18 мм с учетом размера повреждения и высоту 14, 18 и 20 мм соответственно. [c.553] Испытания проведены на изгиб при трапецеидальной форме цикла нагружения, которая наиболее приближена к реальному эксплуатационному нагружению дисков за полетный цикл (ПЦН). Расстояние между опорами при изгибе образца составило 55 мм. [c.553] На зону повреждеция был наклеен проволочный датчик, по электрическому сигналу которого судили о моменте возникновения трещины. Этот этап испытания был реализован на гидропульсаторе при треугольной форме цикла с частотой 12 Гц. После регистрации факта возникновения трещины испытания на пульсаторе прекращали и переходили на малоцикловые усталостные испытания с трапецеидальной формой цикла. Выдержка под нагрузкой цикла имела длительность 10 с. [c.555] Малоцикловые испытания проведены на машине Инстрон, а многоцикловое нагружение осуществлено на стенде ЦДМ-10ПУ. Результаты выполненных испытаний образцов представлены в табл. 10.4. [c.555] Подробное исследование характера повреждения было осуществлено на дисках после их наработки 1170, 2530 и 4066 ч, а также на испытанных образцах. Для выявления упрочняющей фазы проводили электрополировку и электротравления шлифов, вырезанных из диска или образца в зоне повреждения в перпендикулярном сечении к плоскости его расположения. [c.555] Исследования структуры материала показали, что наносимые повреждения приводят к локальной термообработке материала. Интенсивность теплового воздействия может быть оценена не только по глубине проникновения теплового потока с растрескиванием материала, но и по степени изменения формы и плотности расположения упрочняющей У-фазы (рис. 10.12). Имеет место сочетание участков материала с разряженной плотностью упрочняющей фазы, включающих в себя зоны почти полной гомогенизации материала, различной степени перегрева материала и участков с нормальной плотностью фазы. Все это указывает на различную интенсивность перегрева материала вплоть до полного растворения упрочняющей фазы в момент теплового воздействия. Глубина повреждений колеблется в пределах 0,12-0,5 мм. [c.555] Была проанализирована роль размеров повреждений по поверхности диска на примере одного из испытанных образцов. В зоне максимальных растягивающих напряжений имело место несколько повреждений разных размеров по поверхности. При анализе зоны зарождения трещины установлено, что усталостные трещины зародились от трех повреждений. Причем наиболее опасным повреждением оказался меньший по размерам дефект. Через него прошла магистральная трещина. [c.556] глубина повреждения материала не определяет его интенсивности, поскольку в объеме поврежденного материала имеет место различное сочетание зон с разной степенью изменения упрочняющей фазы. [c.556] Когда под действием плоских источников тепла на поверхности электродов идет процесс плавления, разогретый участок металла, прилегающий к границе плавления, стремится увеличить свой объем. Этому изменению объема препятствует менее разогретый материал детали, окружающий этот объем. В результате в объеме с более высокой температурой возникают сжимающие напряжения. Материал же детали, менее разогретый, испытывая воздействие со стороны более нагретого объема, оказывается растянутым. Таким образом, в момент времени, когда под действием импульса тока ограниченный объема металла в зоне действия источника тепла оказывается расплавленным, в слоях металла, примыкающих к границе плавления, возникают сжимающие напряжения, переходящие на некотором расстоянии от границы в растягивающие. Учитывая высокий градиент температур вблизи границы плавления, следует ожидать, что место перехода сжимающих напряжений в растягивающие находится близко к границе плавления. [c.557] Таким образом, трещины под оплавленным слоем при больших длительностях импульсов возникают в первой стадии процесса, т. е. в период плавления металла под действием импульса тока. [c.557] Общая картина напряженного состояния поверхностного слоя будет представлять собой результат суммарного воздействия напряжений, возникающих вследствие кристаллизации и фазовых превращений. Последние, налагаясь на тепловые, могут иногда уменьшать их, а иногда и увеличивать. Если в результате суммарного действия температурного и структурного факторов произойдет уменьшение объема оплавленного поверхностного слоя, то участки сплава, расположенные глубже, будут препятствовать этому. В результате в затвердевшем поверхностном слое возникают растягивающие напряжения. Увеличение же объема оплавленного слоя при его охлаждении приводит к тому, что у поверхности возникают сжимающие напряжения. Из этого следует, что величина и глубина распространения остаточных напряжений в поверхностном слое, очевидно, зависят от параметров импульсов, свойств обрабатываемого материала и физико-химических свойств оплавленного поверхностного слоя. [c.557] Анализом экспериментальных данных показано, что степень влияния длительности и запаса энергии импульса на величину напряжений в поверхностном слое различна. Увеличение энергии импульса в 2 раза приводит к увеличению максимальной величины остаточных напряжений в среднем на 20-30 %. Увеличение же длительности импульса в 2 раза приводит к увеличению максимальной величины напряжений в среднем на 40-50 %. Влияние длительности импульса на глубину распространения растягивающих напряжений также больше влияния энергии импульса. [c.558] после воздействия на поверхность детали искровым разрядом в материале создаются участки с измененной и неизменной структурой на разной глубине от поврежденной поверхности. Это может сопровождаться растрескиваниями материала на глубину до 0,5 мм из-за возникновения в поверхностном слое растягивающих напряжений в результате неоднородного нагрева материала при нанесении повреждения, возникновения высоких градиентов напряжений, что приводит к появлению растрескиваний. В исследованных сечениях зон с поврежденной поверхностью после наработки дисков в эксплуатации до 4066 ч после нанесения повреждений в ремонте развития усталостного разрушения не обнаружено. Этот вывод подтвержден в результате выполненных усталостных испытаний образцов с дефектами после различной наработки дисков в эксплуатации. [c.558] Исследованиями изломов разрушенных образцов показано, что зарождение усталостных трещин происходит от вершин хрупких трещин, которые были первоначально сформированы в материале при нанесении повреждения при электроискровом разряде (рис. 10.15). На этапе роста трещины в изломе были сформированы преимущественно усталостные бороздки. В результате измерений шага усталостных бороздок по длине установлено, что период роста усталостной трещины зависит от геометрии образца. В образцах сечением 14 X 8 мм и 20 X 14 мм период роста трещины составил 10000 и 30000 циклов соответственно (рис. 10.16). Геометрия диска в большей мере соответствует большему сечению образцов. Поэтому есть основания считать, что при существенно меньшем уровне эксплуатационного напряжения в диске период роста усталостной трещины по числу циклов нагружения будет более чем в (700/500) = 2 раза превышать период роста трещины в образцах с максимальной площадью сечения. Использована вторая степень зависимости числа циклов нагружения от уровня напряжения для кривой Веллера. [c.559] Вернуться к основной статье