Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор современного состояния работ в области обеспечения долговечности эксплуатации лопаток компрессора 12
1.1 Анализ причин уменьшения предела выносливости лопаток компрессора ГТД при стендовых испытаниях и эксплуатации 12
1.2 Обзор влияния современных методов модификации поверхности лопаток компрессора ГТД на их сопротивление усталости 27
1.3 Обзор работ по исследованию влияния остаточных напряжений на сопротивление усталости 32
1.4 Обзор работ в области контроля частот собственных колебаний и исследования остаточных напряжений лопаток компрессора 36
Выводы по первой главе 38
2 Методики проведения экспериментальных исследований и получения комплексных вакуумных ионно-плазменных покрытий 41
2.1 Подготовка специальных образцов и компрессорных лопаток для проведения экспериментальных исследований 41
2.2 Методики проведения экспериментальных исследований
2.2.1 Методики металлографических и механических исследований 46
2.2.2 Методика и оборудование для определения остаточных напряжений во всём объёме лопаток компрессора 50
2.2.3 Методики и оборудование для определения остаточных напряжений в приповерхностном слое лопаток компрессора 53
2.2.4 Методика контроля частот собственных колебаний лопаток 60
2.2.5 Методики проведения испытаний на усталость при симметричном и асимметричном изгибе 61
2.2.6 Методика фрактографического исследования усталостных изломов 72
2.2.7 Методика и оборудование для проведения испытаний на эрозионный износ 74
2.3 Оборудование и технология ионной имплантации 78
2.4 Технология получения комплексных вакуумных ионно-плазменных покрытий для повышения сопротивления усталости компрессорных лопаток ГТД 81
2.5 Методика обработки экспериментальных данных 85
2.6 Общая методика и программа проведения исследований 86
Выводы по второй главе 88
3 Исследование влияния комплексной вакуумной ионно-плазменной обработки на свойства лопаток и их материала после изготовления и эксплуатации 90
3.1 Параметры шероховатости поверхности, способствующие повышению сопротивления усталости и циклической долговечности лопаток 90
3.2 Исследование микроструктуры и микротвёрдости 92
3.3 Рентгеноструктурный анализ и элементный состав приповерхностного слоя 98
3.4 Результаты механических испытаний 104
3.5 Исследование распределения остаточных напряжений во всём объёме лопаток компрессора 107
3.6 Исследование распределения остаточных напряжений в приповерхностном слое лопаток компрессора 111
3.7 Определение ЧСК лопаток компрессора по первой изгибной форме колебаний 117
3.8 Исследование сопротивления усталости лопаток при симметричном и асимметричном изгибе, а также с концентратором напряжений
3.8.1 Исследование сопротивления усталости лопаток при симметричном изгибе 123
3.8.2 Влияние асимметрии цикла на сопротивление усталости лопаток 130
3.8.3 Исследование влияния концентрации напряжений на сопротивление усталости лопаток при симметричном изгибе 131
3.9 Фрактографический анализ усталостных изломов 136
3.9.1 Фрактографический анализ изломов после испытаний на усталость при симметричном изгибе 136
3.9.2 Фрактографический анализ изломов после испытаний на усталость с концентратором напряжений при симметричном изгибе 140
3.10 Испытания на эрозионный износ 142
Выводы по третьей главе 146
4 Разработка рекомендаций по применению комплексной вакуумной ионно плазменной обработки для повышения долговечности при ремонте лопаток компрессора ГТД из титановых сплавов и их диагностике 149
4.1 Рекомендации по проведению ремонта лопаток компрессора ГТД исходя из их повреждаемости и повышения сопротивления усталости 149
4.2 Рекомендации по проведению диагностики лопаток компрессора ГТД 156
4.3 Практическая реализация комплексной вакуумной ионно-плазменной обработки в составе газотурбинного привода 158
Выводы по четвёртой главе 160
Заключение 161
Список сокращений и условных обозначений 163
Список литературы
- Обзор влияния современных методов модификации поверхности лопаток компрессора ГТД на их сопротивление усталости
- Методики металлографических и механических исследований
- Рентгеноструктурный анализ и элементный состав приповерхностного слоя
- Практическая реализация комплексной вакуумной ионно-плазменной обработки в составе газотурбинного привода
Обзор влияния современных методов модификации поверхности лопаток компрессора ГТД на их сопротивление усталости
Ресурс лопаток - важная проблема ГТД. Основная потеря ими ресурса недостаточная выносливость, связанная с накоплением порциальных повреждений материала, активированная эрозией, концентраторами и т.д. Скорость накопления микроповреждений материала можно уменьшить формированием сжимающих остаточных напряжений в приповерхностном слое. Однако остаточные напряжения, наведённые методами поверхностно пластического деформирования (ППД), релаксируют к определённому уровню в процессе эксплуатации под воздействием температур, знакопеременных нагрузок и т.д. Их влияние на скорость накопления микроповреждений в приповерхностном слое уменьшается, при этом предел выносливости после любой наработки снижается. На лопатках ротора КНД ГТД эти вопросы на сегодняшний день остаются не рассмотренными в полной мере.
Необходим новый метод наведения остаточных напряжений, снижающий скорость такой релаксации и приводящий величину остаточных напряжений к более высокому сжимающему уровню по сравнению с методами ППД. В качестве нового метода выступают ионно-плазменные покрытия и ионная имплантация (ИИ), т.к. природой возникновения остаточных напряжений в них является не пластическая деформация, а комплексное влияние (различия в кристаллических решётках материалов и изменение объёма структуры при ИИ). Кроме того, покрытия уменьшают эрозию, контактный износ и наклёп, коррозию, скорость диффузии снаружи, улучшают микрогеометрию поверхности и т.д. В связи с этим выдвигается гипотеза - комплексная обработка, включающая в себя ионную имплантацию с последующим нанесением защитного вакуумного ионно 13 плазменного покрытия, позволит снизить скорость релаксации и получить более высокий уровень сжимающих остаточных напряжений.
Для решения данной проблемы необходимо улучшить комплексные методики, оборудование, определить частоты собственных колебаний и т.д.
Лопатки компрессора ГТД являются одними из наиболее ответственных и массовых деталей двигателя и имеют большой ресурс работы, достигающий нескольких десятков тысяч часов. Необходимо отметить, что в зависимости от климатических условий мест эксплуатации и режимов работы двигателя температура его по тракту в компрессоре колеблется от = - 50... - 40 С до 700...800 С [3,21].
Обеспечение назначенного ресурса ГТД во многом зависит от повреждаемости рабочих лопаток компрессора. При этом, в большинстве случаев повреждаемость связана с такими факторами, как появление забоин, трещин усталости и термоусталости, питтинговой и газовой коррозии, эрозионным износом и обрывом лопаток [24, 91, 117].
Изучению проблем, связанных с защитой металлов от эрозии, направлены работы [15, 73, 116], защите от коррозии - [25, 153]. Вопросы изучения проблемы фреттинг - коррозии рассмотрены в [129].
Известно [139, 141], что предел выносливости деталей из титановых сплавов в большинстве случаев определяется характером сформированной при деформации структуры, режимами термической обработки, физико-химическими свойствами, микрогеометрией поверхности и остаточными напряжениями, сосредоточенными в приповерхностном слое деталей.
Исследование сопротивления усталости деталей ГТД находит отражение в работах [9, 11, 12, 19-22, 59, 62, 77, 84, 109, 112, 144 - 147, 150 - 153, 162].
Ухудшение микрогеометрии поверхности при механической обработке является одной из причин снижения сопротивления усталости и, как следствие, циклической долговечности. В результате на поверхности появляются концентраторы напряжения, локальный наклёп и перераспределение остаточных напряжений, которые вызывают ускоренное зарождение трещин. В условиях всё возрастающего увеличенного ресурса работы деталей повышается роль деформационного упрочнения и остаточных напряжений в поверхностном слое в обеспечении эксплуатационных свойств. В работе [139] установлено, что доля влияния шероховатости на предел выносливости жаропрочных сталей на никелевой основе составляет 50 - 55 %. Остальное -деформационное упрочнение и остаточные технологические напряжения.
В условиях производства процессы шлифования кругами и виброабразивной обработки шлифовальными лентами титановых сплавов с целью снижения шероховатости их поверхности часто приводят к образованию прижогов, микро дефектов, разупрочнению приповерхностного слоя. Как следствие, это приводит к снижению эксплуатационных свойств по сравнению с лезвийной обработкой [11, 142].
При производстве лопаток компрессора используются следующие «финишные» методы обработки поверхности: виброшлифование, вибро-гидрогалтование, виброконтактное полирование алмазными лентами, упрочнение микрошариками. Для каждого технологического метода обработки необходимо правильно подобрать режимы упрочнения, чему, в частности, посвящены работы [87- 89,115, 120,139,141].
Результирующее напряжённое состояние детали, находящейся под воздействием рабочих и остаточных напряжений, зависит от характера их взаимодействия [18]. Так, в работах [139, 141] установлено, что существенную роль в повышении долговечности изделий играют остаточные напряжения, сосредоточенные в приповерхностном слое и возникающие в результате упрочняющих обработок. В случае, если фактическое напряжение на поверхности детали ниже предела текучести, сжимающие остаточные поверхностные напряжения будут способствовать повышению ресурса при циклических нагружениях. Если сжимающие внешние нагрузки в совокупности со сжимающими остаточными напряжениями достигают предела текучести, происходит местная пластическая деформация, в результате чего остаточные напряжения в поверхностном слое могут снизиться или полностью могут быть сняты. На прочность и выносливость материала влияет не только фактическая величина остаточных напряжений, но также характер их распределения и глубина залегания в приповерхностном слое [11, 12, 18, 120, 126].
Исследованиями, проведенными A.M. Сулимой [139], установлено, что изотермический нагрев в интервале температур 400 ... 700 С титанового сплава ВТ9 при продолжительностях нагрева 1... 100 часов вызывают релаксацию напряжений и частичное разупрочнение наклепанного после различных видов механической обработки приповерхностного слоя. Релаксация и разупрочнение увеличиваются с ростом температуры, продолжительности нагрева и степени наклёпа. Было установлено, что для сплава ВТ9 при температуре 500 С так же, как и для никелевых сплавов при высоких температурах (600... 900 С) существует довольно малая оптимальная степень наклепа - 5 ... 7%, при которой предел выносливости достигает максимального значения. Дальнейшее увеличение степени наклёпа приводило к снижению усталостной прочности (рисунок 3) т.е. при температуре 500С применение большинства поверхностных упрочняющих обработок для лопаток из сплава ВТ9 нецелесообразно [11].
Методики металлографических и механических исследований
Длительность опускания составляла 6с, продолжительность выдержки индентора составляла 8с. Для оценки глубины и степени упрочнения поверхности использовался метод измерения микротвёрдости на наклонных шлифах. Исследовали материал на участке наклонного микрошлифа, расположенного под малым углом к контролируемой поверхности. Из исследуемой детали вырезали образец, затем при помощи шеллака крепили на плашку цилиндрического сечения (рисунок 2.4).
В данной работе угол а составлял 1... 3 . Наклонные микрошлифы изготавливались путём шлифования на чугунном Рисунок 2.4 - Схема наклонного шлифа полировальном круге в специальных приспособлениях с использованием порошка карбида бора. Затем шлиф доводился вручную на стекле до необходимой чистоты с помощью пасты ГОИ и керосина. При изготовлении наклонного шлифа выдерживались следующие режимы обработки: - скорость вращения чугунного круга 500 об/мин; - зернистость порошка карбида бора № 3; -паста ГОИ №4. Глубину упрочнённого слоя определяли по стабилизации измеренных значений микротвёрдости. Текущее значение расстояния от поверхности до точки измерения микротвердости hi, мкм рассчитывали из выражения: hi = li-sina , (2.2) где a - угол наклона микрошлифа; li - расстояние от поверхности до точки измерения микротвёрдости, мкм. Отпечатки наносились через 0,05 мм по длине наклонного шлифа. Расчётная погрешность при измерениях не превышала 5 %. Наклёп характеризуется глубиной пластически деформированного слоя hcsl и степенью наклёпа, определяемого по формуле:
Рентгеноструктурный анализ приповерхностных слоев производился на дифрактометре ДРОН-ЗМ и установке Rigaku Ultima с помощью СиКа -излучения, монохроматизированного путём отражения от кристалла пентаэритрита, помещённого перед счётчиком Гейгера [96]. Скорость движения счётчика составляла 1,5 град/мин, а диаграммы - 600 мм/ч. Расчёт эффективной толщины исследуемого слоя выполнен по методике [37, 96]. Полученные для СиКа - излучения результаты приведены в таблице 2.4.
Для более мягкого рентгеновского СгКа - излучения толщина исследуемого слоя уменьшается более чем в 2 раза. Поэтому все исследования проводили в медном излучении. Таблица 2.4 - Эффективная толщина исследуемого слоя
Фазовый анализ проводился по обзорным дифрактограммам, снятым в СгКа - излучении в диапазоне двойных брегговских углов 20 = 10 - 156 С [6].
Измерение параметров решётки выполнено исходя из соотношения Вульфа-Брегга [96] с использованием в качестве эталона отожжённого образца из технически чистого титана ВТ 1-0. Количественный расчёт исследуемых параметров выполнялся с помощью стандартного пакета программ с использованием формулы 2.4. 2dsin0 = nX, (2.4) где d - межплоскостное расстояние от данной отражающей плоскости А; 0 - угол отражения рентгеновских лучей , градусы; п - порядок отражения; X - длина волны используемого излучения, А.
Интегральная оценка напряжений приповерхностных слоев толщиной 1... 5 мм из титановых сплавов производилась исходя из анализа уширения рентгеновских пиков 100, 002 и 101 с учётом ширины пика 111 от никелевого эталона [96].
Остаточные напряжения во всём объёме (ООН) определялись в месте появления усталостных трещин: в области сопряжения пера лопатки с замком со стороны спинки.
Усталостные трещины, исходя из проведённого анализа разрушений (см. главу 1), были ориентированы в подавляющем большинстве случаев перпендикулярно продольной оси лопатки, поэтому определялись объёмные остаточные напряжения, действующие вдоль оси Z лопатки.
Методика определения ООН основана на использовании способа полного освобождения, заключающегося в вырезке из детали образца и измерении с помощью тензорезисторов параметров деформаций, возникающих в результате вырезки [106].
Методические особенности данной экспериментальной работы заключались в следующем: - исследование проводилось на отдельных половинках детали, на каждую из которых препарировались тензорезисторы в местах наиболее вероятного появления дефектов; - выводные провода, подпаянные к тензорезистору, закреплялись на пере лопатки с помощью полоски бумаги и клея на основе цианакрилата на расстоянии 20... 35 мм от исследованной поверхности; - разрезка лопатки электроэрозионным способом осуществлялась таким образом, чтобы одновременно получить образец для определения поверхностных остаточных напряжений. Этапы разрезки включали в себя сначала вырезку плоского элемента, а затем - разрезку плоского элемента на «спинку» и «корыто».
Препарированные на лопатки тензорезисторы подсоединялись к измерительному прибору с помощью соединительной колодки с разъёмами типа 2РМ14Т и производился отсчёт начальных (нулевых) показаний прибора (р0 для каждого тензорезистора.
После первого этапа разрезки снимались показания прибора pj , после второго - q 2, а также величины номинального RH и компенсационного RK сопротивлений каждого тензорезистора.
Определение осевых остаточных напряжений в приповерхностном слое (ОПН) производилось на разработанной установке (см. приложение 1), прототипом которой служил прибор ПИОН-3, в основу которого положен механический метод акад. Н.Н. Давиденкова. Основные экспериментальные методики изложены в работах [8, 18, 105, 108, 143]. Для исследования остаточных напряжений в приповерхностном слое из лопаток электроэрозионным способом вырезались образцы по схеме, представленной на рисунке 2.5.
Исходные остаточные напряжения аост(а) в приповерхностном слое образца на глубине а, которые в соответствии с принимаемыми допущениями предполагаются постоянными вдоль исследуемой поверхности определяются по формулам, представленным ниже:
Рентгеноструктурный анализ и элементный состав приповерхностного слоя
Далее следует провести исследование остаточных напряжений во всём объёме и в приповерхностном слое лопаток компрессора (в кромках и в средней части пера). При этом требуется разработать экспериментальную установку.
После этого необходимо провести испытания на усталость в следующей последовательности: сначала сравниваемые варианты технологии исследовать на образцах (при симметричном изгибе) с графическим анализом полученных данных и с определением среднего предела выносливости.
Следующим этапом исследований должен быть контроль ЧСК лопаток компрессора по первой изгибной форме колебаний. При этом необходимо разработать методику и экспериментальную установку. Далее проводить испытания на усталость по стандартному методу [107] при симметричном изгибе по первой (основной) форме колебаний при комнатной температуре с последующим графическим построением кривой усталости, регрессионным анализом и расчётом значений коэффициентов уравнения регрессии.
Дополнительно необходимо провести испытания по высокочастотной форме колебаний с аналогичной процедурой обработки данных.
Далее следует провести испытания на усталость при изгибе с асимметрией цикла для получения сравнительных диаграмм предельных напряжений и предельных амплитуд цикла. При этом необходимо разработать экспериментальную установку.
С целью сравнительной оценки средней долговечности лопаток компрессора в условиях повреждения требуется провести испытания на усталость при наличии концентратора напряжений (забоины) на профильной части лопатки.
По результатам всех испытаний на усталость следует выполнить фрактографический анализ изломов. После определения значений остаточных напряжений и пределов выносливости необходимо выполнить проверку корреляционной зависимости между ними. В завершении следует выполнить испытания на эрозионный износ. Таким образом, представленный комплекс экспериментальных исследований позволит получить необходимый информационный массив для решения всех поставленных в работе задач.
Для решения поставленных в 1 главе задач повышения сопротивления усталости и циклической долговечности в качестве одной из наиболее прогрессивных может выступать комплексная вакуумная ионно-плазменная обработка, которая включает в себя последовательное проведение процессов ионной очистки, ионного модифицирования приповерхностного слоя и нанесение защитного вакуумного ионно-плазменного многослойного покрытия в едином цикле.
С учётом имеющейся информации была сформирована следующая гипотеза: КВИПО оказывает благоприятное влияние на сопротивление усталости и на релаксационную стойкость остаточных напряжений в процессе эксплуатации лопаток, что объясняется иной природой возникновения остаточных напряжений в сравнении с методами поверхностно-пластического деформирования -комплексным влиянием дислокационного, твёрдорастворного и дисперсионного механизмов. При этом различия в кристаллических решётках материалов основы, имплантированного вещества и покрытия, а также иная природа релаксации -движение дислокаций тормозится границами слоев и структуры, диффузия в имплантированном материале и релаксация происходит с пониженными скоростями - всё это в совокупности приводит к переходу остаточных напряжений на другой, более высокий уровень. Если данное предположение верно, то для образцов с КВИПО будет наблюдаться эффект повышения предела выносливости и наличия более равномерно распределённых остаточных напряжений в сравнении с образцами серийной технологии. Доказательство этой гипотезы позволит обосновать применение КВИПО по наиболее благоприятным с точки зрения формирования напряжённого состояния режимам для технологического обеспечения долговечности деталей (по критерию влияния на сопротивление усталости).
Экспериментальные испытания и исследования должны быть реализованы на метрологически аттестованном оборудовании. Количество исследуемых и испытываемых образцов должно быть необходимым и достаточным.
Получаемые результаты исследований должны обладать необходимой точностью и достоверностью. Исследование влияния комплексной вакуумной ионно-плазменной обработки на свойства лопаток и их материала после изготовления и эксплуатации Параметры шероховатости поверхности, способствующие повышению сопротивления усталости и циклической долговечности лопаток
В работе использовались два комплекта лопаток 2 ступени КНД из материала ВТ6, изготовленные по серийной технологии ОАО «УМПО». В последующем один комплект из них был подвергнут КВИПО. Исследовались и сравнивались между собой лопатки ГПА в двух вариантах: без наработки и с эквивалентной наработкой т = 25 тыс. ч, составляющей 33 % от назначенного ресурса изделия и соответствующей ресурсу до первого капитального ремонта, полученной в результате имитационной обработки согласно разделу 2.1. Кроме того, исследовались лопатки после эксплуатации в составе ГПА с наработкой 8848 ч. Вышеуказанные лопатки и изготовленные из них образцы были использованы для проведения исследований и испытаний.
Исследование микрогеометрии осуществлялось на специально подготовленных плоских образцах прямоугольного сечения из титанового сплава ВТ6. Характерные результаты по отдельным образцам приведены на рисунке 3.1.
Измерения проводились на приборе профилометре № 296, А-706 с приставкой к персональному компьютеру "Сигма-тест". Во всех измерениях длина трассы сканирования L составляла 1,5 мм, отсечка шага - Lc - 0,25 мм.
В результате КВИПО шероховатость поверхности образцов из титанового сплава ВТ6 составила по параметру среднего арифметического отклонения профиля Ra = 0,142, при этом высота неровностей профиля по десяти точкам составила Rz = 1,044. Для серийного варианта обработки значения соответствующих параметров составили Ra = 0,193, Rz = 1,610. Таким образом, чистота поверхностного слоя образцов после КВИПО повысилась - снижение параметра Ra в 1,4 раза и Rz - в 1,5 раза по сравнению с
Практическая реализация комплексной вакуумной ионно-плазменной обработки в составе газотурбинного привода
Усталостная долговечность лопаток с КВИПО больше, чем у лопаток, обработанных по серийной технологии. Как следует из рисунка 3.30, рассеяние по долговечности (отношение наибольшего числа циклов до разрушения к наименьшему), напротив, меньше, чем у лопаток, обработанных по серийной технологии.
Качественно аналогичные результаты были получены при испытаниях на усталость рабочих лопаток и лопаток направляющего аппарата из титановых сплавов ВТЗ-1, ВТ18У по первой изгибной форме колебаний при комнатной температуре и симметричном цикле нагружения.
Проведённые испытания по высокочастотной форме колебаний (при f = 4300...4700 Гц.) показали (таблица 3.13), что пределы выносливости лопаток 2 ст. ротора КНД серийного варианта и КВИПО в состоянии после эксплуатации находятся на одном уровне 290 МПа, однако в связи с меньшим наклоном кривой усталости лопаток КВИПО (m0 = 13,5) можно предположить её преимущество перед серийным вариантом технологии (шс= 10,3).
При сопоставлении результатов исследований ООН и ОПН в лопатках серийного варианта технологии и КВИПО с данными, полученными в результате испытаний на усталость при симметричном цикле нагружения по первой изгибной форме колебаний, установлены корреляционные зависимости (раздел 2.6) предела выносливости от изменения остаточных приповерхностных напряжений в прикомлевой, кромочной, профильной частях лопаток (коэффициент корреляции Пирсона R= - 0,753) и от напряжений во всём объёме (R= - 0, 715) после их изготовления и эксплуатации.
Для исследования поведения рабочих лопаток КНД из сплава ВТ6 с КВИПО при асимметричном изгибе образцов из указанных лопаток необходимо провести их соответствующие испытания при комнатной температуре в соответствии с методиками, изложенными в главе 2.
Объектом испытаний на усталость являлись образцы из титанового сплава ВТ6, обработанные по серийному технологическому процессу и с КВИПО, представленные в разделе 2.2.5 на рисунке 2.10. По результатам испытаний (с учётом определённых механических свойств образцов - раздел 3.4) построены сравнительные диаграммы предельных напряжений цикла, а также предельных амплитуд цикла, см. рисунки 3.31,3.32.
По результатам проведённых экспериментов и анализа полученных результатов, представленных графически на рисунках 3.31, 3.32, следует, что за счёт формирования более равномерного и стабильного напряжённого состояния приповерхностного слоя с преобладанием напряжений сжатия (уровня как для состояния без эксплуатационной наработки, так и после неё в 2,4 и в 1,9 раза большего, чем на образцах серийного варианта) КВИПО приводит к повышению сопротивления усталости образцов (лопаток компрессора) при изгибе с
Исследование влияния концентрации напряжений на сопротивление усталости лопаток при симметричном изгибе Для исследования влияния КВИПО на усталостную долговечность рабочих лопаток КНД из сплава ВТ6 проведены их испытания на усталость при наличии концентратора напряжений в условиях симметричного изгиба по первой (основной) форме колебаний при комнатной температуре.
Внешний вид образцов лопаток до испытаний представлен на рисунках 3.33, 3.34. Концентратор (рисунок 3.35) представлял собой имитацию забоины на выходной кромке пера лопатки и выполнялся специальным электродом на электроэрозионном станке. Размеры концентратора выбирались исходя из имеющегося опыта работы с лопатками после эксплуатационной наработки в
Испытания на усталость проводились на вибростенде ВЭДС-400 при симметричном цикле напряжений по первой изгибной форме колебаний, при комнатной температуре на трёх уровнях напряжений. За критерий разрушения принималось снижение резонансной частоты на 10 Гц.
Таким образом, испытания на усталость при наличии концентратора напряжений (забоины) показали (таблица 3.15), что за счёт формирования более стабильного напряжённого состояния с преобладанием напряжений сжатия, средняя наработка (усталостная долговечность) лопаток, обработанных КВИПО, в среднем в 1,16 раза выше, чем лопаток серийного варианта.
Для изучения механизма разрушения исследовали изломы по вскрытым усталостным трещинам лопаток серийного варианта технологии и КВИПО, прошедших испытания на усталость, как было представлено в разделе 3.8.1. были обнаружены на лопатках, испытанных при наиболее высоких напряжениях цикла и отсутствуют на изломах образцов, подвергнутым испытаниям при средних напряжениях цикла. Вышеописанные характеристики излома свидетельствуют о классическом механизме усталостного разрушения. Металлургических включений, пор и других дефектов в изломах не обнаружено. Очаги расположены на поверхности образцов.
В основном на каждом изломе имеется один очаг, в некоторых случаях наблюдается два. Рельеф излома и соответствующие ему механизмы разрушения распределены следующим образом. В очагах наблюдаются фасетки, что свидетельствует о разрушении путём скола на стадии 1 (зарождение трещины). По мере удаления от очага форма фасеток становится более вытянутой, что свидетельствует о пластичном характере роста трещины. Протяжённость зоны, занятой фасетками, достаточно мала, что отражает быстрый переход на стадию 2.
При исследовании изломов лопаток из сплава ВТ6, обработанных КВИПО, не было выявлено каких-либо существенных фрактографических особенностей по сравнению с лопатками, обработанными по серийной технологии.
Ниже приведены результаты металлографического исследования изломов по вскрытым трещинам лопаток серийного варианта и КВИПО после испытаний на усталость. На рисунке 3.40 представлены макроструктура и микроструктура материала в зоне разрушения (стрелкой показан очаг разрушения).
Электронномикроскопические фрактограммы изломов лопаток компрессора (наработка т = 33 %) серийного варианта и КВИПО приведены на рисунке 3.41.
В изломах лопаток КНД по обоим сравниваемым вариантам наблюдаются выраженные притёртости, свидетельствующие об усталостном характере развития трещин. Установлено, что очаги изломов лопаток, изготовленных по серийной технологии, расположены на поверхности, в то время как для КВИПО характерно наличие подповерхностных очагов зарождения усталостных трещин глубиной залегания 3... 5 мкм от границы основной материал - покрытие.
