Диссертация (Повышение надежности малоподвижных соединений деталей авиационных двигателей, подверженных в эксплуатации влиянию феттинг-коррозии), страница 6

При этом в явном видекорреляции между механическими свойствами материалов, например, попараметру твѐрдости фреттинг-усталости не получено.Сравнивая повреждаемость коррозионностойкой стали мартенситногокласса 13Х11Н2В2МФ, отпущенной при температурах 650℃ и 560℃, можно32отметить, что параметры износа в первом случае более выражены, а снижениепредела выносливости оказывается меньше, хотя в первом случае преобладаетизнос абразивного типа, способствующий удалению слоев с усталостнымимикротрещинами.материала,Вовторомприводящиек-преобладаютобразованиюпроцессыусловий,―схватывания‖благоприятныхдляобразования и распространения микротрещин на границах локального контактасопряжѐнных поверхностей.С точки зрения химической активности поведение материалов в условияхокисления и электрохимической коррозии на разных стадиях фреттингаизменяется характер коррозионных процессов: сначала преобладают процессыокисления - газовая коррозия, что вызвано высокой энергетической активносетью образующихся частиц материала и освобождающихся от окисных пленокповерхностей.

Избыток кислорода способствует пассивации поверхности.На втором этапе вследствие концентрации катодного деполяризаторакислорода преобладают электрохимические процессы.При давлении р> 10Па скорость окисления не изменяется и вместочѐрного цвета окислаобразуется окиселкрасного цвета.Окислы препятствуют износу, уменьшают коэффициент адсорбционноготрения. Скорость химосорбции молекул газа является сдерживающей придавлении ниже критического.

Закон окисления при этом имеет линейныйхарактер [5],где(1.4)─ толщина слоя окиси; t-время окисления;ипостоянные.Зависимость между коэффициентом трения и толщиной слоя окиси имеетвид,(1.5)где.(1.6)33С ростом толщины окисла снижается коэффициент трения. Значениеопределяют из выражения(1.7)где─ постоянная Аррениуса;─ энергия активации;R ─ газовая постоянная;Т ─ температура.Электронномикроскопические и электроннографические исследованияпоказывают, чтофактическоготонкие поверхностные слои, прилегающиеконтакта,вусловияхфреттингамогуткзонамнаходитьсяввысокодисперсном состоянии, включающем как металл, так и его окислы.Свойствапривоздействиициклическихнагрузоксущественноотличаются от стационарных условий.

При испытаниях на фреттинг в зонеконтактатитановыхсплавовэлектросопротивления,анеприудавалосьснятиизафиксироватьприростациклическихнагрузокэлектросопротивление возросло до нескольких килимов. На поверхности,поврежденнойфреттингом,обнаруженынепризнакимеханическогоповреждения абразивом, а воздействия вязкой жидкости, т. е. окислы титана впроцессе фреттинга находились в аморфном состоянии. Следовательно,продукты фреттинга на поврежденных поверхностях являются скорееследствием процесса, а не действующим фактором в процессе фреттинга.Электрохимическая коррозия возникает не только в контакте, гдеобразуется макро гальваническая пара. Макро гальванические пары воднородныхматериалахнеоднородности,могутразличнойявитьсяориентацииследствиемихкристаллов,структурнойструктурныхнесовершенств и т. д.Показано, что благородные металлы (серебро, олово) в контакте состалью 45 подвергаются фреттинг меньше, чем сама сталь.

Материалы (цинк34Zn, кадмий Cd), имеющие по отношению к стали более отрицательныйпотенциал, интенсивно разрушались, защищая от разрушения сталь.Фреттинг и фреттинг-усталость возникают в зонах контакта деталей,образующих прессовые или малоподвижные соединения, при циклическом ихнагружении. Наибольшие повреждения фреттингом и разрушения от фреттингусталости наблюдаются на стальных деталях и деталях из титановых сплавов.1.5.Условия возникновения процесса фреттинга в узлах авиадвигателей.Взаимодействие контактирующих поверхностейПри обычных условиях трения вследствие специфики напряженногосостояния и определяющего действия тангенциальных сил в поверхностныхслоях металлов происходит изменение, приводящее к образованию защитныхокисных пленок (вторичных структур).

Явление окисления отдалившихсячастиц локализирует процессы разрушения, уменьшает силы трения и приводитк своеобразному состоянию антифрикционности, повышая износостойкостьметаллов [2].Поверхностные неровности деталей можно представить в виде сегментовасимметричных или шаровых. В общем случае плотность реального контактамала и его можно рассматривать как дискретный, пренебрегая взаимнымвлиянием одного выступа на другой. В некоторых случаях принимается модельконтакта цилиндра с полуплоскостью.Расчет напряженного состояния в зоне контакта основывается на рядедопущений, главными из которых являются:а) изохронность и однородность материалов;б) площади реального контактов существенно меньше номинальнойплощади контактирующих тел;в) усилия, сжимающие тела, нормальны к гладким поверхностям касания;г) деформации не превышают предела упругости.35Исходя из этого, рассмотрим распределение деформаций и напряжений взоне контакта при сжатии шара с плоскостью [ 24].Рис.

1.4. (а) Распределение напряжений σ наповерхности в направлениях x,y и р0вдоль оси z ,при сжатии шара с плоскостью.(б) Распределение касательных напряжений τ,ε,р0и в направлениях x,y вдоль радиуса круговойплощадки контактаВ крайнем поверхностном слое нормальные напряжения, совпадающиес внешним давлением на поверхности площадки, распределены вдоль диаметраплощадки по полукругу св центре площадки ит.е. на границе контакта (рис. 1.4.а). Напряженияпри,, направленныеперпендикулярно каждому радиусу, проведенному из центра контактнойплощадки, также не меняют своего отрицательного знака.

При этом они, имея вцентре значение0,133и0,8распространяютсяприближаясь к нулю., уменьшаются на границе контакта дозапределыплощадки,асимптотически36Напряжения, характеризующие растяжение или сжатие каждогорадиального волокна, лежащего в крайнем поверхностном слое, в центре площадки достигают значенияпереходят через нуль приплощадки величины0,94a и, меняя знак, достигают на границе0,133равными по величине, затем, резко уменьшаясь,0,8, сохраняя положительный знак, остаются.Следует заметить, что на границе площадки и за ее пределами в крайнемповерхностном слое величинапри, что характеризует состоя-ние чистого сдвига.

Удаляясь вглубь материала от поверхности контакта,можно заметить, что от величины= 0,8напряжения снижаются и наглубине 2a они становятся пренебрежимо малыми. Напряжениямедленно уменьшаются, однако приони начинают падать быстрее истановятся, мало ощутимыми на глубинеКасательные напряжениясначала.вычисленные как полуразностьиприобретают максимальное значение не на поверхности, где они равны0,1, а при0,47a, где0,31, и которые далее поглубине резко уменьшаются по величине.Анализ распределения касательных напряжений и относительныхдеформаций вдоль радиусов, проведенных из центра круговой площадки вкрайнем поверхностном слое, показывает, чтоиравны в центре 0,1уменьшаются к периферии площадки и меняют знак.

На границе контакта ониравны по абсолютной величине 0,066, но противоположны по знаку (рис.1.4.б).Напряженияв центре площадки равно нулю, но увеличиваются вдоль,радиуса, достигая на границе величиныщадки0,133. За пределами пло-постепенно падают, становясь незначительными, при.Деформации материала находятся в соответствие с изменением напряжений.Поэтому можно утверждать, что внутри круга с радиусом0,94a все37элементы радиальных волокон в крайнем поверхностном слое сжимаются,перемещаясь к центру площадки, который наиболее сжат.За пределами указанного круга материал в крайнем слое растягивается врадиальном направлении и сжимается в поперечном. Наибольшему удлинениювдоль радиуса (сжатию в тангенциальном направлении) подвергаются элементына границе контактной площадки.Качественно аналогичная картина распределения напряжений в зонеконтакта сохраняется и для эллиптической формы контакта, но отличаютсядруг от другаи, что приводит к изменению относительной величинынапряжений у границы контактной площадки и под поверхностью.

Сувеличением вытянутости эллипса уменьшаются касательные и растягивающиеконтурные напряжения на поверхности. Глубинные максимальные касательныенапряжения при этом изменяются незначительно.Однако наиболее интересны в данном случае являются результатыисследований совместного действия нормального и касательного усилия приконтактном сжатии.

Из работы [29] следует, что при наличии касательнойнагрузки зарождается зона всестороннего растяжения, которая возрастает сувеличением касательной нагрузки. Одновременно с этим уменьшается зонавсестороннего сжатия. Приложение внешних касательных усилий на контактеувеличивает глубинные касательные напряжения, приближая участок действияэтих напряжений к поверхности контакта. В предельном случае сочетаниявнешних нормальных и касательных сил максимальные касательные выходятнаповерхностьконтактаиобуславливаютповерхностныйкритерийразрушения. В то же время касательные силы нарушают симметриюнапряженного состояния, в результате чего возрастают растягивающиенапряжения на поверхность определенной части контура пятна контакта.При увеличении коэффициента трения до f = 0,3 максимальныекасательные напряжения, вычисляемые как разница максимальных главныхнормальных напряжений, располагаются не на глубине, а на поверхности.38Повышение коэффициента трения до f = 0,5 вызывает изменение знака передскользящимконтактом иможет привестикместному выпучиваниюповерхности.Из анализа напряженного состояния материала в зоне контакта следует,что при контактных нагрузках имеют место большие напряжения, локализацияих в небольших объемах материала вблизи поверхности.При действии знакопеременных и при циклических нагружениях в зонеконтакта имеют место процессы контактной усталости материала.

Последниесущественно отличаются от усталостных процессов, протекающих вне этихзон. Действительно, если в крайнем поверхностном слое, особенно в вершинахмикро выступов наблюдается значительное пластическое деформированиематериала, то на глубине, всего в несколько раз превышающих размерыконтактной площадки, напряжения едва достигают десятых или даже сотыхдолей от величины предела упругости материала.Выше показано, что в контакте имеется две опасные зоны: крайнийповерхностный слой и зоны максимальных касательных напряжений накритической глубине, меньшей, чем размеры контактной площадки.