Диссертация (1173087), страница 31

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 31)

Испытания проводились при повышенных температурах.Были проведены также механические испытания образцов-имитаторов изсплава ВТ3-1 с дискретным диффузионным покрытием на предел прочности итекучести σ0,2, σв на растяжение и на усталостную прочность σ-1 в соответствиис методикой АО «НПЦ газотурбостроения «Салют».«Образцы-имитаторы» лопаток подбирали таким образом, чтобыразброс их микротвердости составлял не более (5-7)% от стандартногозначения микротвердости ВТ3-1, прошедших предварительную обработку:(отжиг, штамповку) (Н 100 = 300 - 340).Образцы для испытаний были выбраны согласно методике, (см.

главу 3)и имели прямоугольное сечение (6-0,05 × 7-0,05 × 60), было взято по 5 образцовна каждую серию испытаний, (см. рисунок 7.3).Рисунок 7.3 – Образец-имитатор для испытаний на трехточечный изгиб.Результаты исследований представлены в таблице 7.1, а обобщенныерезультаты приведены в виде диаграммы на рисунке 7.4.Таблица 7.1 – Предел прочности на 3-х точечный изгиб№ пп.ВТ3-1ВТ3-1ВТ3-1изг, МПа № пп.изг, МПа981,21020,4 ВТ3-1 –сплошноепокрытиеВТ3-1 –сплошное970,3972,1покрытиеВТ3-1 –сплошное982,1995,2покрытие№ пп.ВТ3-1 – дискретноепокрытиеВТ3-1 – дискретноепокрытиеВТ3-1 – дискретноепокрытиеизг, МПа972,1968,4975,6249Рисунок 7.4 – Предел прочности на трехточечный изгиб образцовимитаторов ВТ3–1.По результатам исследования установлено, что образец из титановогосплава ВТ3-1 со сплошным покрытием имеет в среднем предел прочности σизгна трехточечный изгиб 975МПа, а образец из титанового сплава ВТ3-1 слокальным покрытием - предел прочности 970МПа.

Таким образом, пределпрочности σизг на трехточечный изгиб образца-имитатора с локальнымпокрытием составляет 97,4%, а образца-имитатора со сплошным покрытием– 98,9%. Механические испытания на растяжение проводили в соответствиис методикой АО «НПЦ газотурбостроения «Салют».Исследовались образцы – имитаторы из титанового сплава ВТ3–1 слокальнымдиффузионнымпокрытием(МеО-О2),сосплошным(уплотнительным) покрытием (AlBN-SiO2) и сравнивались с контрольнойпартией образцов.

Определялся предел прочности при растяжении истатистические параметры (абсолютное отклонение S, и относительноеотклонение ).Образцы для испытаний были выбраны согласно методике и имелипрямоугольное сечение (5-0,05 × 2-0,05 × 70), было взято по пять образцов накаждую серию испытаний, (см. рисунок 7.5).250Рисунок 7.5 – Образец-имитатор для испытаний на растяжениеРезультаты исследований представлены в таблице 7.2, а обобщенныерезультаты приведены в виде диаграммы на рисунке 7.6.Для определения предела прочности при растяжении на образецимитатор устанавливали максимальную нагрузку Fmax, которую выдержал быобразец.Предел прочности при растяжении В определи по формуле:В F max МПа,a hгде: Fmax – максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н;а – ширина образца, мм; h – толщина образца, мм.Таблица 7.2 – Предел прочности и текучести образцов-имитаторов изтитанового сплава ВТ3 – 1 на растяжение№ пп.0,2,МПав,МПа(  S),МПа, , %ВТ3-110421091,4 21,4ВТ3-110691116,0 18,4ВТ3-110731108,4 17,5ВТ3-1 –сплошноепокрытие10241052,4 18,0Т3-1 –сплошноепокрытие10431074,3 20,3в,МПа(  S),МПа, , %ВТ3-1 –сплошное 1027покрытиеВТ3-1 –дискретное 1073покрытиеВТ3-1- дискретное 1050покрытие1072,519,81106,817,11082,016,1ВТ3-1 –дискретное 1049,8покрытие1092,516,6№ пп.0,2,МПа251Рисунок 7.6 – Предел текучести 0,2, образца-имитатора из титановогосплава ВТ3–1 при растяженииМеханическими испытаниями на предел прочности при растяженииустановлено, что образец-имитатор с локальным покрытием увеличиваетпрочность на 98,46 % , а образца-имитатора со сплошным покрытием на97,1%.Из выше полученных результатов установлено, что дискретноедиффузионное покрытие и сплошное покрытие практически не оказываютзаметного влияния на временное сопротивление и предел текучестититанового сплава.7.3 Усталостные испытания образцов – имитаторов из титанового сплавас дискретным диффузионным покрытиемЗа критерий разрушения образца принимали изменение частотыколебаний на 1 - 10 % в зависимости от условий испытаний.

При этомиспытания прекращали, и образец подвергали контролю для установленияналичия трещины. При отсутствии трещины испытания продолжали.252Результаты испытаний заносили в протокол по установленной стандартомформе.После обработки результатов испытаний для построения кривыхусталости и определения предела выносливости, а также установленияколичественнойзависимости характеристик усталости от различныхтехнологическихконструкционныхилиэксплуатационныхфакторов,исходные данные и результаты каждого испытания фиксировали в протоколеиспытаний, а результаты серии испытаний в сводном протоколе поустановленной, стандартом форме.Образец - имитатор для проведения усталостных испытаний приведен нарисунке 7.7.Рисунок 7.7 – Конструкция образца-имитатора для испытания наусталостную прочностьРабочая поверхность образца для испытаний на усталость была полученапри различных условиях обработки:образец-имитатор со сплошным покрытием;образец-имитатор с локальным диффузионным покрытием;образец-имитатор не упрочненный.Исследование параметров на усталость.

Усталостное разрушениепредставляет собой прогрессивное развитие трещины; естественно, чтообразование трещины, и особенно ее дальнейшее развитие, затрудняется придействии сжимающих напряжений. Влияние постоянных напряжений наусталостную прочность зависит от механических свойств материала и для253менее пластичных материалов оказывается сильнее.

Оно зависит также отвида напряженного состояния при действии переменных напряжений,например, для кручения проявляется в меньшей степени, чем для изгиба.Состояние поверхностного слоя детали при ее эксплуатации непрерывноменяется. Изменение химического состава обусловлено в основномвзаимодействием металла с окружающей средой. При этом элементы средыпроникают в поверхностный слой детали. Глубина их проникновения зависитот коэффициента диффузии D, времени взаимодействия t и может бытьоценена величиной √Dt. Следует отметить, что величина D зависит оттемпературы, вида диффундирующего элемента и материала детали.Повышение плотности дефектов кристаллического строения (прежде всеговакансий) может резко повысить D и усилить диффузионные процессы.Согласно первому закону Фика плотность диффузионного потока i-roкомпонента gi пропорциональна градиенту его концентрации в металле ci:gi= - Di ci,где Di — коэффициент диффузии i-ro компонента.Наибольшие изменения в химическом составе поверхностного слоядетали наблюдаются при высокотемпературной химической коррозии.

Этообъясняется, прежде всего, резким возрастанием коэффициента диффузии сповышением температуры. При химической коррозии также происходитнасыщение поверхностного слоя детали элементами среды (например,кислородом и серой в деталях газотурбинного двигателя).Когдаконцентрацияэтихэлементовпревосходитпредельнодопустимую концентрацию для формирования твердых растворов, ониобразуют соединения с металлическими компонентами сплава (например,оксиды и сульфиды).

Разные компоненты сплава в различной степениучаствуют в процессе коррозии, поэтому в поверхностном слое деталиобычно наблюдаются недостаток активно корродирующих элементов и,соответственно,избытокслабокорродирующих.Такимобразом,вповерхностном слое возникает градиент концентрации элементов иначинается их диффузионный перенос.254Значения предела текучести в структурно-стабильных материалахснижаются с ростом температуры, поэтому с повышением рабочейтемпературы устойчивость макронапряжений уменьшается.Экспериментально установлено, что для каждого металла или сплава изаданныхусловийэксплуатациисуществуетопределеннаястепеньпредварительной деформации, обеспечивающая наибольшую прочность.Для определения предела выносливости образцов после нанесениялокального диффузионного покрытия были проведены исследования для егооценки.Использовали образцы-имитаторы из титанового сплава ВТ3–1 сосплошным покрытием и с локальным диффузионным покрытием.

В качествеконтрольных образцов были взяты образцы-имитаторы без покрытия.Испытания на усталость проводили при нормальной температуре прирезонансных колебаниях по первой изгибной форме (основному тону)образцов, уровень нагружения задавали по σmax.Каждый образец испытывали только при одном уровне напряжений доразрушения, т.е. до максимального числа циклов, (см. таблицу 7.3).Таблица 7.3 – Влияние методов покрытий на усталостную прочностьтитанового сплава ВТ3-1. Частота f = 1Гц, t= 20оС, σ = 1000 МПа№ образцовМетод покрытияКоличество циклов1ВТ3-111 8412ВТ3-111 8493ВТ3-19 2481ВТ3-1 – сплошное покрытие2 8812ВТ3-1 – сплошное покрытие3 6633ВТ3-1 – сплошное покрытие3 6631ВТ3-1 – дискретное покрытие16 2492ВТ3-1 – дискретное покрытие13 0963ВТ3-1 – дискретное покрытие11 018На рисунке 7.8 показана гистограмма усталостных испытаний образцовимитаторов из титанового сплава ВТ3–1 с локальным диффузионным255покрытием (МеО-О2), со сплошным (уплотнительным) покрытием (AlBN-SiO2)и сравнивались с контрольной партией образцов без покрытия приприкладываемой нагрузке σ = 1000МПа, при этом продолжительность цикласоставляла 106.Рисунок7.8–Гистограммаусталостныхиспытанийобразцов-имитаторов из титанового сплава ВТ3-1 при нагрузке σ = 1000МПаВ результате испытаний на усталость образцы-имитаторы с локальнымдиффузионным покрытием показали увеличение пластичности и повышениециклической долговечности на 30% относительно образцов - имитаторов сосплошным покрытием и на 25% превышают контрольных образцовимитаторов без покрытия.7.4 Фактографические исследованияАнализ зависимостей усталостной и длительной прочности образцовимитаторов из титанового сплава позволяет сделать следующий вывод, чторост прочностных свойств, при небольших степенях деформации εост,обусловлен неоднородностью распределения дефектов решетки по объему,протеканием процесса нанесения локального диффузионного покрытия,формированием благоприятной субструктуры, (см.

Характеристики

Список файлов диссертации