ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Литература к главе из "Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций " Такая ситуация сложилась с разрушениями в эксплуатации лопаток II ступени турбины компрессора двигателей ТВ2-117, изготавливаемых из жаропрочного сплава ЭИ-867. В процессе длительной эксплуатации двигателей имело место несколько случаев разрушения лопаток с различной наработкой (табл. 11.7). [c.622] Первые три лопатки наработали после ремонта 347-694 ч при обш ей наработке 2188-5056 ч и разрушились полностью межзеренно. Фактически был реализован процесс ползучести при повто-ряюш ихся циклах термического воздействия на лопатки при запусках и остановках двигателя. Причем сечения разрушения лопаток располагались около бандажных полок в пределах 66-72 мм от подошвы замка. [c.622] Существующие наработки лопаток около 10000 ч и указанные выще характеристики процесса разрушения лопаток из-за ползучести при термических циклах нагружения в пределах указанной выше наработки после ремонта позволили утверждать, что потеря длительной статической прочности лопаток была связана с повышенными монтажными напряжениями в сечениях, прилегающих к бандажным полкам лопаток. [c.623] Разрушение лопаток 5, 6 было усталостным и произошло в результате высокой вибрационной нагруженности. Высокая циклическая напряженность лопаток была обусловлена износом бандажной полки и наличием трещин на входной кромке пера производственного происхождения. Характерно, что оба сечения разрушения близки между собой и расположены на расстоянии 23 и 29 мм от подошвы замка, где реализуется наименьшая температурная напряженность лопатки, что и обусловливает распространение в ней именно усталостных трещин. [c.623] Рассматриваемые два вида разрушения относят к нерасчетным случаям нагружения и работы лопаток, поэтому они не могут быть использованы для анализа реализуемой в эксплуатации ситуации с накоплением повреждений при достижении лопатками предельного состояния в расчетных условиях. [c.623] С точки зрения оценки предельного состояния лопаток в эксплуатации представили интерес две разрушенные лопатки 4, в которых развитие усталостных трещин произошло от первоначально сформированной зоны межзеренного разрушения в результате потери лопаткой длительной статической прочности. Причем наработка лопаток 7357 и 8650 ч в эксплуатации приблизилась к существующему их предельному ресурсу в 12000 ч. [c.623] Обе лопатки имеют первоначальную зону межзеренного растрескивания материала, которая располагается в объеме материала по входной кромке (рис. 11.33). Зона начального разрушения одной из лопаток была сильно повреждена. Однако на прилегающих к этой зоне участках материала имеются межзеренные растрескивания, отражающие первоначально развитие процесса ползучести. Этот факт подтвердили исследования излома на электронном микроскопе. [c.623] Первоначально развитие разрушения происходило по границам зерен, на которых имели место тонкие окисные плены (рис. 11.33). Они частично отслаивались от материала в отдельных зонах излома. От первоначального участка межзеренного разрушения произошло зарождение и распространение усталостной трещины, которое характеризуется регулярным формированием в изломе блоков мезолиний (рис. 11.346-г). Их формирование в направлении роста трещины регулярно. Расстояние между линиями меняется от 20 до 50 мкм в одной лопатке и от 20 до 60 мкм по направлению роста трещины по толщине лопаток, составляющей около 2 и 1,8 мм соответственно. Из этого следует, что развитие усталостных трещин от зон разрушения по механизму полз Д1ести при средней величине шага блока 35 и 40 мкм происходило в течение 80 и 120 полетов. При средней продолжительности полета около 40 мин длительность роста усталостной трещины в часах составляет 58 и 90 ч. [c.623] Рассматриваемое разрушение лопаток является смешанным. Даже на начальном этапе развития трещины по границам зерен на нее оказывает влияние вибрационная нагрузка от набегающего газового потока. Особое значение имеет тот факт, что лопатка в этом потоке подвергается скручиванию, создающему сдвиговые напряжения. Они способствуют облегченному разрушению по границам зерен и более быстрому зарождению трещин при всех механизмах разрушения по сравнению с растяжением (изгибом) при одноосном напряженном состоянии материала. Поэтому данные по испытаниям материала на длительную прочность при растяжении не в полной мере отражают реальную долговечность материала при возникновении в нем начальных межзеренных трещин. [c.627] Многократные изменения в условиях сопряжения лопаток при их сборке в ремонтах приводят к тому, что между ремонтами напряженное состояние лопаток различно. Некоторые лопатки могут иметь многократно повторяющийся уровень наибольшего напряженного состояния и накапливать повреждения в материале наиболее интенсивно по сравнению с остальными лопатками не только разных дисков турбин, но и в пределах одного диска. Поэтому при приближении к предельному состоянию в эксплуатации начинают наблюдаться случаи возникновения трещин без видимых отклонений в условиях нагружения лопаток. [c.627] На основании этого следует считать, что про-1 должение эксплуатации лопаток с возрастающей наработкой за пределами 8000 ч требует введения периодического контроля на наличие в лопатках i трещин. Проведенные оценки длительности роста трещины на этапе развития усталостной трещины позволяют рекомендовать периодичность осмотра лопаток в эксплуатации не реже, чем через 25 ч, после их общей наработки 8000 ч. В указанной оценке периодичности осмотров нет длительности формирования начальной зоны межзеренного раз- i рушения материала от ползучести. [c.627] Представленный обзор закономерностей роста трещин в лопатках компрессоров и турбин различ-1 ных типов двигателей показывает, что они нагружаются в области сверхмногоцикловой усталости. [c.627] Вернуться к основной статье