Автореферат (Повышение надежности малоподвижных соединений деталей авиационных двигателей, подверженных в эксплуатации влиянию феттинг-коррозии), страница 4

Например, предел выносливостихвостовиков из сплава ВТ8, упрочненных ультразвуком и покрытых ВАП или Ag,17на базециклов при450ºC составил 55 МПа, в то время как при20ºC более 130 МПа.Сравнивая несущую способность однотипных замковых соединений,выполненных из различных конструкционных металлических материалов сплаваВТ8, сплава ХН77ТЮР и коррозионно-стойкой стали аустенитного классаХН45МВТЮБР-ИД, подвергнутых упрочнению ультразвуком и имевшихпокрытие Ag или ВАП, можно отметить, что максимальный предел выносливости120 МПа получен для сплава ХН77ТЮР и стали ХН45МВТЮБР-ИД, аминимальный - для ВТ8 (55 МПа). Это позволяет заключить, что наименеечувствительным к фреттинг-коррозии - фактору, определяющему несущуюспособность замкового соединения, являются сплав ХН77ТЮР и стальХН45МВТЮБР-ИД.

Более чувствительны к фреттингу оказались стали типа13Х11Н2В2МФ и особенно титановые сплавы ВТ8, ВТ10 и ВТЗ-1.Поверхностное упрочнение хвостовиков способствует снижениюпредельной температуры применения конструкционных материалов примерно на50ºC..Рис. 9. Кривые малоцикловой усталости (МЦУ) замковых соединений(1,2,3 - Тисп 20°С; 1', 2', 3' - Тисп 450°С), где 1 и 1'- покрытие ВАП;2 и 2'- покрытие серебром; 3 и 3' - ультразвуковое упрочнение+покрытие ВАППолученные результаты испытаний на МЦУ (рис. 9,10) показывают, чтоминимальная долговечность при нормальной температуре характерна длязамковых соединений без защитных покрытий или покрытых ВАП.

Покрытиесеребром увеличивает долговечность в 1,5÷2 раза. Преимущество покрытия18серебром по сравнению с покрытием ВАП может быть связано с тем, чтопокрытие серебром обладает более низким коэффициентом трения. Вследствиеэтого увеличиваются амплитуды относительных перемещений междухвостовиком лопатки и диском, интенсифицируются процессы абразивногоизноса в зоне контакта, залечивающие повреждения от фреттинга. Аналогичныеявления наблюдаются и при испытаниях замковых соединений на многоцикловуюусталость.Рис. 10.

Обобщенная кривая малоцикловой усталости для замковых соединений×– разрушения, ○– среднее значение долговечности, к.гр – по контактной грани,д – выступа диска, н – по радиусу перехода ножкиВлияние на сопротивление малоцикловой усталости при повышенныхтемпературах в диапазоне долговечности до 104 циклов проявляется в резкомснижении(до 40% при Тисп450°С). Для хвостовиков, упрочненныхультразвуком, отмечается снижение прочности при Тисп 300°С, что вызванопроцессами разупрочнения пластически деформированного слоя.

Однако при600 МПа и долговечности более 103 ц в исследованном диапазонедолговечность упрочненных хвостовиков увеличивается. При температуре Тисп450°С минимальная долговечность отмечена при напряжениях менее 700 МПа узамковых соединений, покрытых серебром.Следовательно, технологические и конструкторские мероприятия,направленные на повышение несущей способности замкового соединения инадежности конструкции, должны учитывать все слабые звенья узла:геометрические (концентраторы напряжений) и эксплуатационные - отповреждения фреттинга.19В заключении формулируюся следующие основые результаты работы:1.Предложена физическая модель разрушения деталей при фреттинге впроцессе эксплуатации.

Установлено, что основными параметрами процессафреттинга являются: амплитуда относительных перемещений сопряженныхповерхностей; давление в зоне контакта; частота циклического смещениясопряженных поверхностей; количество циклов нагружения; природаконтактирующих материалов; внешняя среда и температура, а также особенностисостояния поверхности и поверхностного слоя.2.Предложена комплексная методика испытаний образцов и деталей придействии фреттинга. Металлографическими исследованиями образцов,поврежденных фреттингом, показано, что очагами усталостного разрушенияматериала, как правило, являются трещины, образовавшиеся на участкахлокального контакта под действием нормальных и касательных нагрузок.В зоне контакта при относительных перемещениях сопряженных деталей взависимости от соотношения касательных и нормальных нагрузок могут иметьместо:− интенсивное разрушение поверхности типа абразивного износа со следамипервоначального схватывания материала в виде сглаженных каверн и свыделением у границы контакта значительного количества продуктов окисленияповрежденного материала, величина коэффициента трения составляет f0,2 ÷0,4;− абразивное разрушение с преобладанием процесса схватывания (грубыекаверны, налипание материала), и образованием продуктов окисления прикоэффициенте трения f 0,4÷0,55:− схватывание со следами продуктов окисления контактирующихматериалов ; коэффициенте трения около f 0,55.3.Испытаниями материалов лопаток компрессора в условиях фреттингкоррозии выявлена роль основных факторов процесса фреттинг-коррозии –амплитуды относительных возвратных перемещений и давления – в снижениисопротивления усталости ряда конструкционных материалов:− получены зависимости видаис учетом влиянияфреттинга;− показано существование некоторого критического диапазона величинамплитуд перемещений и давлений, при которых имеет место наиболее резкоеснижение сопротивления усталости исследованных материалов, поврежденныхфреттингом приvar и P const.4.Дана оценка несущей способности соединений лопаток с элементамидиска при действии фреттинга.

Методы ступенчатых испытаний: повреждениефреттингом и последующее испытание на усталость показали, что для титановыхсплавов степень повреждения при ступенчатых испытаниях оказываетсясущественно ниже, чем при испытаниях на усталость в условиях фреттинга.Для стали 13Х11Н2ВМФ, сплавов ВТ8 и АК4-1 и различных сочетаний париз этих материалов получены зависимости пределов усталости от величиныдавлений в зоне контакта в условиях фреттинга.20Величины эффективных коэффициентов концентрациидля вероятностиразрушения 0,5 с учетом 90% доверительного интервала для среднего значенияпредела усталости для стали 13Х11Н2ВМФсоставляют1,9 ÷ 2,4;− для сплава ВТ82,25 ÷ 4,25;− для сплава АК4-11,4 ÷ 1,85.5.На металлических моделях двухзамковых соединений типа ―ласточкинхвост‖ в условиях действия статического растяжения и переменного изгибающегомомента исследована динамическая нагруженость хвостовика лопатки.Показано, что в общем случае эпюра изгибающего момента в хвостовике неподчиняется линейному закону, а величина максимального изгибающего моментазависит от:− вида сопряжения выступа диска с хвостовиком;− угла наклона контактной грани хвостовика;− величина максимального изгибающего момента в хвостовике можетпревышать значение момента в профильной части на 10…35% в зависимостиот типа сопряжения хвостовика с выступом диска;− с ростом статической составляющей величина относительного момента вхвостовике увеличивается, а с ростом податливости профильной части лопатки уменьшается.6.Анализ результатов усталостных испытаний сплавов АК4-1, ВТ8 и стали13Х11Н2ВМФ в условиях фреттинга, а также замковых соединений,выполненных из тех же материалов, показал, что характеристики рассеяниявыносливости в этих условиях остаются постоянными и не превышают значения,определенные для материала при обычных испытаниях на усталость.7.

Наряду с конструктивными мероприятиями, способствующимиповышению усталостной прочности замковых соединений целесообразноприменение технологических операций сопровождающихся поверхностнопластическим деформированием (методами гидрогалтовки, ультразвуковойобработки),а так же применение «мягких» покрытий (серебрение и др.), которыеувеличивают предел усталости на 15 ÷ 30%.Полнота изложения материалов диссертации в работах.

Материалыдиссертации работах опубликованные в полном объеме, в том числе:─ в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАКМинобрнауки РФ:1.Хаинг М., Павлов Ю.И. Оценка сопротивления усталостиконструкционных материалов в условиях действия фреттинг - коррозии //Двигатель. 2010.

№ 6. С. 20-21.2.Хаинг М., Петухов А.Н., Павлов Ю.И. Прочность замковых соединенийлопаток компрессора при циклическом нагружении // Авиационнаяпромышленность. 2011. № 3. C. 42-45.3.Хаинг М., Петухов А.Н., Павлов Ю.И. Обеспечение несущей способностизамковых соединений лопаток компрессора авиационного двигателя при действиифреттинг - коррозии // Авиационная промышленность. 2012.

№1. C. 55-58.21─ в другие изданиях:1.Хаинг М., Петухов А.Н., Павлов Ю.И. Фреттинг - коррозия в деталях ГТД// Труды МАТИ. 2009. № 15. C. 102-105.2.Хаинг М., Петухов А.Н., Павлов Ю.И. Роль контактного взаимодействиядеталей при фреттинг - коррозии // Труды МАТИ. 2009. № 16.C. 105-110.3.Хаинг М., Петухов А.Н., Павлов Ю.И. Алгоритмы экспериментальногоисследования процесса фреттинга для деталей авиационных двигателей // ТрудыМАТИ. 2009. №16.

C. 136-139.4.Хаинг М. Оценка напряжений в зоне контакта поверхностей деталей ТРДпри влиянии фреттинга // Гагаринские чтения международной молодежнойнаучная конференция 2011. № XXXVII. С. 210-211.5.Хаинг М., Петухов А.Н., Павлов Ю.И. Влияние некоторыхконструктивных и технологических факторов замковых соединений лопатоккомпрессора ТРД на их сопротивление усталостному разрушению // ТрудыМАТИ. 2011. №18. C.

65-69.6.Хаинг М., Петухов А.Н., Павлов Ю.И., Ильинская О.И. Влияние напрочность лопаток компрессора особенностей сопряжения хвостовика лопатки сдисковым элементом // Труды МАТИ. 2011. №18.C. 69-74.7.Хаинг М., Павлов Ю.И. Особенности испытаний лопаток ГТД наусталость // Труды МАТИ2011. №21. C. 178-182.8.Хаинг М., Петухов А.Н., Ильинская О.И. Влияние состоянияповерхностного слоя лопаток ГТД на сопротивление усталости // Труды МАТИ.2013. №21.

C. 204-207.222324.