Диссертация (Повышение надежности малоподвижных соединений деталей авиационных двигателей, подверженных в эксплуатации влиянию феттинг-коррозии), страница 10

В этом случае поверхностный слой имелпластическую деформацию на глубину до 100 мкм, где сжимающие напряжения достигали 500 МПа.63Таблица 2.2Даяние о сопротивлении фреттинг-усталости сплавов RC130B и Д1Б в паре с различнымиматериалами[14]ОсновнойматериалВариантМатериал накладкиТвердостьнакладокТитановый сплавRC130B1110 МПаHB= 3500МПа616 МПа234567891121IIIIIIIVVMgAl (1100F)А1 (7075-Т8)СuЛатунь (70/30)Ti(RC 130B)Fe-ll%Cr-2,8%MoСталь SAE4340Напыление WCСталь 12Х2Н4АЛатунь ЛК80-3Латунь Л-96сплав МА-2Металл фторопласт394112619496117354207397946232185176228-Алюминиевыйсплав Д1Б400 МПаНВ = 129 МПа150 МПаНормальноеДавление P,МПа1031031031031031031031031522769090909090фр1,051,051,122,351,242,982,493,74,244,242,111,72,51,51,56Таблица 2.3Результаты испытаний па фреттинг-усталость конструкционных материалов при «мягком»нагружении.

Симметричный плоский изгиб N = 2 107 циклов, Тucn= 20 °С [14]МатериалобразецСплав АК4-1Сталь13Х11Н2ВМФОтпуск 580 °ССплав ВТ8накладка—АК4-1—‖——‖—Сталь13Х11Н2В2МФ(отпуск 580 °С)—‖——‖—Сплав АК4-1Сплав ВТЗ-1—‖——Сплав ВТЗ-1—‖——‖—Сталь13Х11Н2В2МФ(отпуск 580 °С)Давление вконтакте P, МПа—550100—1010020010010100—1010020010100200Предел выносливостифр, МПа10072,56278550310260280290330300360200110110170105200фр1,01,371,611,281,01,792,121,961,891,671,821,01,783,223,222,123,451,7664Таблица 2.4Результаты испытании на фреттинг-усталость при «жестком» нагружения для различныхсостояний поверхности в зоне контакта.

Симметричный изгиб, Тисп = 20 °С, N = 2 107ц [14]№п/п123456789101112131415Состояние поверхностив зоне контактаШлифованиеП.1 + покрытие AgП.1 + покрытие Ni—CdП.1 + покрытие ДиФ—СФП.1 + упрочнение роликомП.5 + покрытие AgП.5 + покрытие Ni—CdП.5 + покрытие ВАП-2Шлифование + пескоструйнаяобдувкаП.9 + покрытие Ni—CdП.9 + покрытие Ni—TiCП. 9 + покрытие Ni-TiC-CdШлифование + упрочнениемикро шарикамиП. 13 + покрытие Ni—TiCП. 14.

+ виброшлифованиефрПредел вынослифрвости, МПа180260225170320310330Примечание2,781,922,223,241,561,611,52Образец инакладка из стали13Х11Н2В2МФ(отпуск 580 °С)550 МПа,р = 450 МПа1303,851801801701702,782,782,942,38Образец и накладкаиз стали15X16Х15Н2МВФАБ(отпуск 650 °С)500 МПа,р = 450 Мпа2102002,382,5Исследования на фреттинг-усталость, выполненные на алюминиевомсплаве АК4-1, титановом сплаве ВТ8, в сталях мартенситного класса, показали,что для кривых усталости характерно малое значение показателя m.Для сплава АК4-1 оно находится в пределах 2,4 ... 3,3, однако кривыеимеют перелом в диапазоне (2 ... 5) х 106 циклов, а значения m значительноувеличиваются, что свидетельствует о возможности прогнозирования пределавыносливости на долговечность N хциклов2.7.1.

Изменение электросопротивления в зоне контактаОдним из способов наблюдения за процессами фреттинга являетсярегистрация изменения электросопротивления в зоне контакта. Для этой целичерез сопряжѐнные детали от источника постоянного тока на самописец типаЭПП-09 подавалось напряжение.

При отсутствии повреждений на контактных65поверхностях деталей омическое сопротивление между ними было равно нулю.С возникновением повреждений и появлением в контакте продуктов коррозиисопротивление изменялось от нескольких Ом до сотен Ком, т.е. повышалось напорядки.Регистрацияизмененияэлектросопротивлениявзонеконтактаосуществлялась при испытаниях на повреждение от фреттинга в течение N=2.7 105 циклов, а при испытаниях на фреттинг-усталость - могла превышатьN> 2 107 циклов.Анализ записей изменения электросопротивления в процессе испытаний(рис. 2.5 и 2.6), хотя и не позволяет сделать количественных выводов, однакодаѐт представление о кинетике процесса в зоне контакта.

Этот метод показал,что процесс повреждения поверхностей и образования продуктов коррозии взоне контакта наступает очень быстро. Например, значимое изменениесопротивления в электрической цепи для пар «алюминий-алюминий», «стальсталь» или «алюминий-сталь» обнаруживается уже через минуту, т.е. уже посленескольких циклов нагружения. Постоянное скачкообразное изменениеэлектросопротивления свидетельствует о локальном характере повреждений,когда в зоне контакта происходит непрерывное образование и разрушениепрослоек из продуктов износа и окислов.В то же время, наблюдается качественное различие между отдельнымирежимами испытаний и разными материалами. Например, если при испытанияхв условиях фреттинга наблюдался очень большой рост электросопротивления впарах «сталь-сталь», «сталь - А1», «А1 - А1», то в парах «Ti - Ti» и «Ti - сталь»(см.

рис. 2.6) существенных изменений электросопротивления практически нефиксировалось.Следует отметить, что при таких исследованиях характер измененияэлектросопротивлениясоответствовалстепениповрежденияобразца,определявшейся по изменению массы. Случаям минимального изменениямассысоответствовалослабоеилиполноеотсутствиеизменения66электросопротивления.Рис.

2.5. Изменение электросопротивления в зоне контакта в процессе испытаний нафреттинг-усталость для пары сталь 13Х11Н2ВМФ - сталь 13Х11Н2ВМФРис. 2.6. Изменение электросопротивления в зоне контакта для пар следующих сплавов накривых:1-АК4-1 - АК4-1; 2-ВТ8 - ВТ8 в процессе испытаний на фреттинг-усталостьПримененные методы исследований, хотя и помогают получить сведенияо важных параметрах процесса.В отличие от рассмотренных методов исследования повреждений67металлографическиеиметаллофизическиеметодыявляютсяболееинформативными, так как позволяют выявить особенности измененияструктурного состояния повреждѐнных слоев, химический и фазовый составпродуктов повреждения и их размеры, а также характер развития повреждений,образования микро- и макротрещин и т.д.2.8.

Методы повышения сопротивления фреттинг-усталостиПовреждениеповерхностейконтактасвязаносрядомфакторов,определяющих процесс фреттинга, которые действуют одновременно вовзаимосвязи, образуя единый механизм механо-физико-химических процессов.Роль каждого из факторов в частном случае проявляется по-разному, чтозатрудняет разработку универсальных методов борьбы с фреттинг-усталостью.К мероприятиям, уменьшающим амплитуду относительных перемещений,можно отнести конструктивные решения, включающие для прессовыхсоединений увеличение натяга, а для малоподвижных соединений- повышениедемпфирующих свойств конструкции, способствующих снижению переменныхнапряжений.Основными методами, способствующими повышению сопротивленияфреттинг-усталости деталей, являются:─ поверхностные упрочняющие обработки, включающие поверхностноепластическое упрочнение, или химико-термические обработки;─ повышение термодинамической стабильности поверхностного слоя засчет его физико-химической модификации, нанесение изоляционных покрытий;─ изменение коэффициента трения в зоне контакта за счет применениятвердых смазок на основе дисульфид молибдена типа ВАП, гальванических илидиффузионных покрытий и др.;─ подбор контактирующих пар материалов и защитных покрытий,играющих роль протектора и препятствующих электрохимической коррозии68материала в зоне контакта.ДлядеталейГТД,эксплуатирующийсяпритемпературах,непревышающих температуру старения материала, наиболее эффективнымиявляютсяповерхностныеупрочняющиеобработкивсочетаниисантифрикционными покрытиями (ВАП: Ni- Cd, Ag, Ni–Inи др.).Для повышения износостойкости антивибрационных полок лопатокприменяют детонационное напыление площадок контакта.

Однако повышаяизносостойкость, процесс напыления почти в два раза снижает пределвыносливости (см. табл. 2.4), что соизмеримо с повреждением материалафреттинг-коррозией.2.8.1.Электрические методыОснованы на использовании главным образом слабых постоянных токови электростатических полей; позволяют обнаруживать поверхностные иподповерхностные дефекты в изделиях из металлических и неметаллическихматериалов и различать некоторые марки сплавов между собой.2.8.2.Капиллярные методыОснованы на явлении капиллярности, то есть, на способности некоторыхвеществ проникать в мелкие трещины. Обработка такими веществамиповышает цвето- и светоконтрастность участка изделия, содержащегоповерхностныенеповреждѐннойтрещины,относительноповерхности.Этиокружающейметодыпозволяютэтотучастокобнаруживатьповерхностные трещины раскрытием более 0,01 мм, глубиной от 0,03 ипротяжѐнностью от 0,5 мм в деталях из непористых материалов, в том числе, вдеталях сложной формы, когда применение другие методов затруднено илиисключено.692.8.3.Капиллярные дефектоскопыКапиллярный дефектоскоп представляет собой совокупность приборовкапиллярного неразрушающего контроля.