Массы конструкции и наибольшей прочности и надёжности работы.

Конструкция деталей, работающих при вибрационных нагрузках, должна удовлетворять требованиям максимальной разницы между собственной частотой колебаний и частотой вынужденных колебаний для предотвращения резонанса. Однако каждая деталь имеет несколько собственных частот и форм колебаний. Дефекты развиваются, прежде всего, в зонах, где напряжения от изгиба максимальны, т.е. в зонах " пучности", в которых кривизна детали максимальна.

Неисправности часто являются следствием повышенной

чувствительности высокопрочных сталей к надрезам и трещинам.

Для правильного выбора методов контроля и ремонта важно знать основные механизмы разрушения. Их можно разделить на две группы: объёмные и поверхностные. В свою очередь, конструкционные материалы можно разделить на три группы: хрупкие, пластичные, полухрупкие.

Хрупкими считаются материалы, которые при нагружении деформируются в основном упруго вплоть до разрушения. Деформация может составлять около 1 %. Хрупкое разрушение характерно для большого количества высокопрочных сплавов, например закалённых сталей типа 30ХГСА. Характерной особенностью хрупкого разрушения является быстрое развитие трещины в материале. Вероятность хрупкого разрушения углеродистых сталей увеличивается при понижении температуры, поэтому такое разрушение называют низкотемпературным хрупким разрушением. Плоскость излома обычно нормальна к поверхности детали. Пластическая деформация незначительна. Большая часть зерен разрушена сколом.

Хрупкое разрушение обычно начинается у конструктивных концентраторов напряжения. Вероятность хрупкого разрушения мало изменяется со временем наработки детали. Холодная обработка и остаточные деформации повышают чувствительность к разрушению. Никель и марганец уменьшают, а углерод увеличивает вероятность хрупкого разрушения.

Разрушению пластичных тел предшествует значительная

пластическая деформация. Трещина развивается медленно, а при уменьшении нагрузки её рост прекращается. Отсюда название - вязкое разрушение.

Внешние признаки вязкого разрушения характеризуются следами пластической деформации. Поверхности разрыва обычно невозможно плотно пригнать друг к другу. Трещины вязкого разрушения зарождаются в процессе пластической деформации, вследствие различия в упругих и пластических свойствах металла и включений при напряжениях выше предела текучести.

Наиболее важной особенностью усталостного разрушения является зарождение трещины при напряжениях значительно меньших, чем разрушающие, и меньших предела текучести. Такие трещины обычно зарождаются в самом начале работы детали при числе циклов нагружения, составляющих 1¼ 10 % долговечности. Период развития трещины составляет 90¼ 97 % всей долговечности детали.

Различают малоцикловую усталость, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании. При усталостном нагружении значительно повышается чувствительность материала к состоянию поверхности, наличию структурных неоднородностей, коррозионному воздействию.

Многие детали горячей части двигателя разрушаются в результате

термической усталости, которая приводит к растрескиванию и короблению лопаток сопловых аппаратов, разрушению рабочих лопаток, растрескиванию и разрушению элементов дисков турбины. Термическая усталость наступает в результате циклических нагревов и охлаждений, которые сопровождаются термическими деформациями и термическими напряжениями из-за неравномерности нагрева. Интенсивность воздействия таких дефектов непосредственно зависит от рабочей температуры.

Термин " поверхностное разрушение" употребляется для того, чтобы подчеркнуть, что в основе этих видов разрушений лежат механизмы контактных взаимодействий поверхностей. Долговечность работы машин в основном определяется трением, смазкой и износом деталей. Многие ответственные дорогостоящие детали часто отбраковываются только из-за недостаточной поверхностной прочности.

Изнашивание - это процесс разрушения поверхностных слоёв при

трении, приводящий к постепенному изменению размеров, формы, состояния поверхности. Различают допустимый и предельный износ. Численной оценкой износа является скорость изнашивания (отношение износа к интервалу времени, за который он произошёл) и интенсивность изнашивания (отношение износа к объёму изношенной поверхности).

 

 

Многообразие явлений и процессов при трении и изнашивании связано в основном с особенностями строения поверхностных слоёв материалов и особенностями их контактного напряжения.

Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания,

глубинного вырывания материала и переноса его с одной поверхности на другую и воздействия возникающих неровностей на сопрягаемые поверхности.

Усталостное изнашивание (осповидный износ, или питтинг) характерно для подшипников качения, зубчатых колёс. Усталостное изнашивание является следствием интенсивного разрушения поверхности

детали машин, обусловленного внутренними напряжениями,

пластической деформацией, усталостью металла, вызывающими образование на поверхности трения микротрещин, единых и групповых впадин. Основными причинами усталостного изнашивания являются напряжения сжатия и сдвига, возникающие под действием передаваемого усилия при одновременном качении и скольжении и достигающие 100¼ 150 МПа, а также напряжения, возникающие вследствие пластического деформирования поверхностного слоя металла и достигающие 200 МПа.

Абразивное изнашивание вызвано попаданием абразивной среды в зону трения и заключается в разрушении поверхности деталей машин в

результате местной пластической деформации, микроцарапин,

микрорезания.

Наиболее сложным является процесс фреттинг-коррозии, который характерен для деталей, работающих в условиях микроперемещений, вибраций. При этом на контактирующих поверхностях образуются следы усталостного, абразивного и окислительного износа. Основные причины разрушения поверхностных слоёв металла - усталостные и коррозионные процессы.

При фреттинг-коррозии также создаются условия для электро- химических процессов. Фреттинг-коррозия снижает циклическую долговечность металла ориентировочно в 1, 5¼ 2, 5 раза. Особое внимание при дефектации детали необходимо уделять ведущему процессу разрушения поверхности, влияющему на долговечность. Определение ведущего процесса изнашивания при дефектации позволяет правильно выбрать технологический процесс восстановления поверхности.

Для предотвращения фреттинг-коррозии стремятся не допустить

относительного перемещения контактирующих поверхностей.

Азотирование и боромеднение могут повысить стойкость к фреттинг- коррозии в пять-шесть раз.

Частным случаем химической коррозии является газовая коррозия, которой подвержены детали горячей части газотурбинного двигателя. Интенсивность газовой коррозии зависит от состава газовой среды, температуры, материала детали.

В связи с циклическим характером изменения температуры в горячем тракте ГТД корродирующие детали постоянно подвержены температурным деформациям. Так как температурный коэффициент линейного расширения у металлов значительно выше, чем у окислов, последние разрушаются, обнажая новые поверхности, которые вновь подвергаются коррозии. Как правило, детали, подвергающиеся газовой коррозии, испытывают значительные рабочие напряжения, что активизирует процесс коррозии.

Коррозия под напряжением может носить сплошной или местный характер и называется растрескиванием (при статических напряжениях) или коррозионной усталостью (при циклическом характере напряжения). Сопротивление металлов газовой коррозии в значительной степени определяет их жаростойкость.

Коррозия деталей ГТД может происходить также в среде топлив и

смазочных материалов. Коррозионная активность нефтепродуктов обусловлена несколькими причинами. Прежде всего, механизм коррозии определяется взаимодействием серы и её соединений (сероводородов, сульфидов, меркаптанов) с поверхностью металла, приводящим к образованию и последующему разрушению пористых, непрочных слоёв сульфидов.

В процессе окисления масел образуются низкомолекулярные кислоты (масляная, пропиновая, уксусная, муравьиная), которые весьма агрессивны к цветным металлам и сплавам. Коррозионная активность масел значительно повышается при попадании в них воды. В этом случае наряду с химическим имеет место электрохимический механизм коррозийного поражения.

Авиационные топлива, масла и жидкости, как правило, имеют присадки химически активных веществ, улучшающие их рабочие свойства. В то же время сера, содержащие серу вещества, хлор и его соединения интенсифицируют коррозионное поражение деталей, особенно из цветных сплавов.

Кроме перечисленных повреждающих процессов, причиной

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: