Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы. Цель и задачи исследования 9
1.1. Современное представление о напряжённо-деформированном состоянии изделий 9
1.1.1. Остаточные напряжения и их классификация 12
1.1.2. Возникновение остаточных напряжений при различных видах обработки 14
1.1.3. Способы обработки поверхностей деталей 17
1.2. Методы исследования напряженно-деформированного состояния деталей и их ограничения 19
1.3. Сравнительные метрологические характеристики существующих методов определения остаточных напряжений 35
Глава 2. Разработка резистивного электроконтактного метода неразрушающего определения остаточных напряжений 41
2.1. Теоретическое описание метода 41
2.2. Особенности конструкции первичных преобразователей 52
Выводы по главе 2 64
Глава 3. Разработка и метрологическая оценка средств измерения напряжённого состояния в поверхностном слое металла 66
3.1. Принцип работы измерительного комплекса СИТОН 66
3.2. Методика определения напряжений 72
3.3. Метрологические свойства разрабатываемого метода и устройства 78
3.4. Программный комплекс определения остаточных напряжений 79
Выводы по главе 3 94
Глава 4. Апробация и реализация резистивного электроконтактного метода неразрушающего контроля остаточных напряжений 96
4.1. Напряженно-деформированное состояние изделий из ферромагнитных сплавов 96
4.2. Напряженно-деформированное состояние изделий из никелевых сплавов 102
4.3. Напряженно-деформированное состояние изделий из титановых сплавов 114
4.4. Напряженно-деформированное состояние изделий из алюминиевых сплавов 120
Выводы по главе 4 127
Общие выводы по диссертации 129
Литература 131
Приложение 1
Приложение 2
- Методы исследования напряженно-деформированного состояния деталей и их ограничения
- Особенности конструкции первичных преобразователей
- Программный комплекс определения остаточных напряжений
- Напряженно-деформированное состояние изделий из никелевых сплавов
Введение к работе
Во многих промышленных отраслях важную роль имеет качество изготовление деталей: геометрическая точность, шероховатость, наличие дефектов и микротрещин, напряжённо-деформированное состояние. Высокие требования предъявляются к ответственным деталям машиностроения, приборостроения, авиационной, атомной, энергомашиностроительной, автомобильной отраслей для повышения безопасности, увеличения срока эксплуатации. При этом важно контролировать требуемые параметры на каждом этапе технологического процесса изготовления деталей [1, 40-43].
В настоящее время существует большое количество различных физических методов и средств контроля для обеспечения качества деталей. Все более важным аспектом является контроль механических характеристик материалов во всем объёме деталей, а также в поверхностном слое после различных технологических воздействий, причем основное место здесь занимают методы и средства измерения остаточных и внутренних рабочих напряжений. Поэтому на первый план выходят методы технической диагностики, с помощью которых изучаются и устанавливаются признаки или причины дефектов деталей, применяя разрушающий или неразрушающий контроль, основанные на положениях металловедения, физики твердого тела, метрологии и пр. Здесь, прежде всего, важно отметить методы контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) [39, 44, 45].
Задачами измерений механических напряжений, в частности остаточных, в работающих деталях и конструкциях с целью оценки их состояния в настоящее время занимаются многие компании по всему миру. Однако до сих пор эффективность различных методов и средств контроля напряжений зачастую остается невысокой при их использовании непосредственно на оборудовании.
Актуальность. Обеспечение требуемых качественных показателей изделий является актуальной задачей. При этом остаточные напряжения (ОН) в поверхностных слоях относятся к числу факторов, существенно влияющих на многие характеристики качества изделий. Качественное и количественное влияние их на целый ряд функциональных свойств изделий ещё недостаточно изучено. Одной из причин этого является отсутствие серийно выпускаемых простых, надёжных и приемлемых по стоимости средств измерения и контроля остаточных напряжений [46].
Большой опыт эксплуатации изделий в различных областях техники и многочисленные эксперименты показывают, что остаточные напряжения влияют на износостойкость, коррозионную стойкость, усталостную прочность, долговечность изделий и другие свойства. Они оказывают влияние на точность изготовления маложестких изделий [13, 47].
В современной промышленности определение остаточных напряжений осуществляется методами разрушающего и неразрушающего контроля. При этом эксплуатационные свойства изделия определяются как величиной остаточных напряжений на поверхности, так и характером их распределения по глубине поверхностного слоя. Недостатки разрушающих методов общеизвестны и не требуют комментариев. Существующие неразрушающие методы имеют ряд ограничений, не позволяющих применять их при определении остаточных напряжений в изделиях из алюминиевых, никелевых и других сплавов. Требуется создание новых методов и средств неразрушающего контроля, что является актуальной проблемой для современного приборостроения и машиностроения.
Работа выполнялась в соответствии с государственным контрактом 5514р/7878 ФСР МП НТС, а также грантами Министерства образования и науки РФ по фундаментальным и прикладным исследованиям (2006-2009 г.г.). Аппаратный комплекс неразрушающего контроля остаточных напряжений, выполненный в рамках данной работы, удостоен серебряной медали 50-го Международного Салона изобретений «Брюссель-Эврика» за 2006 год.
Научная новизна результатов заключается в следующем: предложен новый экспериментально-расчетный метод определения остаточных напряжений в изделиях из металлов и сплавов, основанный на измерении эффективного удельного сопротивления (ЭУС) электроконтактным методом; разработаны, исследованы и изготовлены конструкции датчиков для определения ЭУС, защищенные патентами РФ; разработана методика определения остаточных напряжений в лабораторных и цеховых условиях; выполнен комплекс исследований по метрологическому обеспечению работы измерительной системы.
Цель работы. Создание соответствующего по основным показателям неразрушающего метода контроля остаточных напряжений в металлах и сплавах и его метрологическое обеспечение.
Задачи работы: анализ существующих методов и средств измерений и контроля остаточных напряжений (ОН); теоретическое обоснование метода; разработка методик по определению ОН, подготовке поверхности при использовании аппаратуры; изготовление аппаратуры и практические результаты работы с измерительным комплексом.
Объекты исследования. Детали, корпусы и конструкции из токопроводящих металлов и сплавов. Основные представители сгруппированы в 3 группы: 1) ферромагнитные материалы (стали); 2) неферромагнитные материалы с высокой проводимостью (алюминиевые сплавы); 3) неферромагнитные материалы с низкой проводимостью (никелевые и титановые сплавы) [48, 49].
Практическая ценность выполненных исследований заключается в следующем: реализованы результаты теоретических и экспериментальных исследований в виде измерительного комплекса СИТОН-ТЕСТ, которые показали в реальных условиях приемлемую точность, производительность и себестоимость изготовления; результаты исследований используются в учебном процессе в образовательных программах бакалавров, специалистов, магистров и в исследованиях аспирантов.
Достоверность полученных результатов подтверждается использованием общепринятых положений физики твердого тела, метрологии, современной вычислительной техники; удовлетворительным совпадением результатов теоретических расчетов и результатов экспериментов; положительным эффектом внедрения разработанной методики, измерительного комплекса и его использования в производственных условиях [50-53].
Реализация в промышленности. Метод неразрушающего контроля определения остаточных напряжений в поверхностном слое изделий при различных видах изготовления и условий эксплуатации в действующем производстве. Выполненные работы приняты к внедрению на предприятиях машиностроения России (ОАО «НПО «Сатурн», ОАО «Техприбор», НЛП «Сигма-Тест», ОАО «Пермские моторные заводы», и
ДР-)-
Апробация работы. Результаты, представленные в диссертации, докладывались в течение 2006-2009г.г. на научно-технических конференциях, совещаниях и семинарах в г.г. Иваново, Рыбинск, Москва, а также в учебных заведениях: ПИМаш (ЛМЗ-ВТУЗ), СПбГУ ИТМО, ИвГУ. Апробация проведена на ОАО «ПМЗ», ФГУП «ЦНИИ им.А.Н.Крылова», ОАО «НИАТ», ОАО «Техприбор», ПИМаш, ГАЗПРОМ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 3 работы в реферируемых журналах и 2 патента. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 154 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунка, 11 таблиц, список литературы, включающий 85 наименований, 2 приложения.
Методы исследования напряженно-деформированного состояния деталей и их ограничения
Исследования показали, что технологические остаточные напряжения технологически управляемы. Это означает, что и величина, и знак, и распределение остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя зависят от видов и режимов обработки заготовок [7]. Варьируя параметры обработки и последовательность методов обработки заготовок, можно в конечном итоге получить нужную величину и распределение остаточных напряжений в поверхностном слое.
Целесообразно технологический процесс изготовления деталей организовывать таким образом, чтобы на участках, подвергающихся при эксплуатации наибольшей деформации, были созданы сжимающие остаточные напряжения, например, с помощью термических, механических, термомеханических и специальных методов обработки [8].
Для уменьшения остаточных напряжений применяют термические и механические методы.
Основным термическим методом уменьшения остаточных напряжений является регулирование скоростей закалки. На практике этот метод чаще всего используют при термообработке штамповок, поковок и отливок. Наибольший уровень напряжений вызывает закалка в холодной воде. Закалка алюминиевых сплавов в кипящей воде практически не вызывает образования напряжений [9].
Для уменьшения термических напряжений можно применять также изотермическую закалку, при которой мягкая закалка совмещена со старением или отпуском. Сущность изотермической закалки заключается в нагреве до закалочных температур и охлаждении в закалочной среде с температурой, равной температуре старения или отпуска.
Для уменьшения величины остаточных напряжений широко используют отжиг [65]. Пластическое состояние может быть вызвано нагревом до достаточно высоких температур, при которых значительно, снижаются пределы текучести и ползучести материала и становится возможным пластическое течение под действием остаточных напряжений.
Величину напряжений можно уменьшить обработкой холодом [66]. Этот вид термической обработки разработан применительно к сложным штамповкам из алюминиевых сплавов. Обработка холодом заключается в охлаждении свежезакаленного изделия в жидком азоте или углекислоте при температурах -196С и — 70С, соответственно и в последующем быстром нагреве всей поверхности в высокоскоростной струе пара, кипящей воде, в масле или селитре. Чем ниже температура охлаждения, тем эффективнее снижаются напряжения и повышается стабильность размеров изделий. Механические свойства материала после такой обработки почти не снижаются.
Наиболее распространено растяжение при комнатной температуре. Сущность метода заключается в том, что при небольшой пластической деформации (0-2%), осуществляемой на разрывной машине, величина напряжений по всему сечению выравнивается. При последующей разгрузке снимается упругая деформация и полуфабрикат почти полностью освобождается от остаточных напряжений [10].
Для уменьшения величины остаточных напряжений широко применяют и холодное обжатие. Этот метод заключается в обжатии полуфабрикатов при комнатной температуре для достижения остаточной деформации сжатия заданной величины. Оптимальные результаты могут быть получены при строгом контролировании процесса. Проще всего это достигается при работе гидравлических прессов, хотя может быть использовано любое прессовое и молотовое оборудование. Как и в случае растяжения, после разгрузки остаточные напряжения уменьшаются [11].
Для плоских и катаных полуфабрикатов применяют роликовую правку, основанную на принципе повторных перегибов. Правильные ролики правильной машины расположены таким образом, что полуфабрикат, проходя через машину, перегибается последовательно. При этом также снижается уровень остаточных напряжений, но способ менее эффективен, чем растяжение, и его труднее контролировать.
Существуют механические методы для регулирования уровня и типа (растяжение или сжатие) остаточных напряжений в изделиях. Наиболее распространен поверхностный наклеп, применяемый для создания сжатого слоя на поверхности готовых изделий [67]. Эту операцию проводят с целью повышения усталостной прочности и уменьшения чувствительности к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Наиболее распространены обдувка дробью и обкатка роликами, вызывающие местную пластическую деформацию поверхностных слоев металла. Недеформированные внутренние слои препятствуют возвращению поверхностных слоев в первоначальное состояние, и поэтому в поверхностных слоях появляются напряжений сжатия [12]. деформированного состояния деталей и их ограничения
Существующие методы определения остаточных напряжений делятся на неразрушающие и разрушающие. Внутреннее состояние металлов и сплавов можно разделить на две категории по своему несовершенству: нарушение сплошности однородной среды и нарушение однородности сплошной среды. Соответственно при определении состояния материала существуют две области неразрушающего контроля: дефектоскопия и определение напряжённо-деформированного состояния (НДС) материала. Существующие методы определения остаточных напряжений можно разделить на механические, физические и химические [13]. Они могут осуществляться с разрушением и без разрушения изделия. В соответствии с ГОСТ 18353-79 существуют следующие виды неразрушающего контроля: акустические; вихретоковые; капиллярные; магнитные; оптические; радиационные; радиоволновые; тепловые; электрические. Данные методы можно структурировать следующим образом (табл.1).
Особенности конструкции первичных преобразователей
Подробно методика определения остаточных напряжений с помощью рентгеновского метода описана в специальных работах. Достоинством рентгеновского метода является то, что он позволяет достоверно оценить остаточные напряжения II и III рода в поверхностном слое детали без ее разрушения. Но при определении остаточных напряжений I рода точность метода невысока. Это объясняется тем, что в отражении рентгеновских лучей участвуют только кристаллы, плоскости которых имеют Брэггов угол с направлением падающих лучей. Лучи, проникая в металл на глубину 5...20 мкм, дают на рентгенограммах или дифрактограммах осредненные по этой глубине значения остаточных напряжений. Для уточнения характера распределения остаточных напряжений на различной глубине необходимо выполнить последовательное травление поверхности детали или образца со снятием рентгенограммы после каждого травления. Кроме того, поверхностный слой металла обладает анизотропией физико-механических свойств, что оказывает влияние на точность измерения остаточных напряжений.
Эффект Барктаузена - скачкообразное изменение намагниченности ферромагнитных материалов при непрерывном изменении внешнего магнитного поля [29-30]. Ферромагнитные материалы состоят из небольших намагниченных областей, названных магнитными доменами. Объем магнитных доменов у большинства ферромагнитных материалов составляет 10"... 10" мм. Домены отделены друг от друга стенками (границами) и имеют намагниченность вдоль некоторой оси кристаллической решетки. При воздействии на деталь внешнего магнитного поля граница доменов начинает перемещаться. Встречая препятствие, она останавливается и некоторое время остается неподвижной, несмотря на дальнейшее увеличение внешнего магнитного поля. При некотором значении магнитного поля граница преодолевает препятствие и перемещается до следующего препятствия без дальнейшего увеличения напряженности поля (скачкообразно). Скачкообразное изменение намагниченности сопровождается шумовыми сигналами, которые могут быть оценены в зависимости от изменения магнитоупругости материала.
Оптический метод основан на наблюдении или регистрации параметров оптического излучения, взаимодействующего с объектом контроля. Это взаимодействие связано с поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией и др. оптическими эффектами [5, 44, 69, 70]. Данный метод применяют для измерения геометрических параметров изделий, контроля состояния поверхности и обнаружения поверхностных дефектов. Оптические методы имеют очень широкое применение благодаря большому разнообразию способов получения первичной информации. Возможность их применения для наружного контроля не зависит от материала объекта. Оптические методы широко применяют для контроля прозрачных объектов. В них обнаруживают макро- и микродефекты, структурные неоднородности, внутренние напряжения. Недостатками оптических методов являются узкий диапазон контролируемых параметров, жесткие требования к состоянию окружающей среды и чистоте поверхности изделия.
Радиоволновый метод неразрушающего контроля основан на регистрации изменений параметров электромагнитных волн радиодиапазона, взаимодействующих с объектом контроля [71-73]. Обычно используются волны сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона с длиной от 1мм до 100 мм. Контролируют изделия из материалов, где радиоволны не очень сильно затухают: диэлектрики (пластмассы, керамика, стекловолокно), магнитодиэлектрики (ферриты), полупроводники, тонкостенные металлические объекты. По характеру взаимодействия с ОК различают методы прошедшего, отраженного, рассеянного излучения и резонансный. При использовании этого вида контроля наличие дефектов в исследуемых изделиях приводит к появлению дополнительных отражений электромагнитного поля, которые изменяют интерференционную картину и вызывают дополнительные потери энергии. Этот метод применяется в дефектоскопии диэлектриков, а также при исследовании состояния поверхности проводящих тел. Недостатком СВЧ метода является сравнительно низкая разрешающая способность устройств, реализующих этот метод, обусловленная малой глубиной проникновения радиоволн в металлы. Метод магнитной памяти металла - метод неразрушающего контроля, основанный на регистрации и анализе распределения собственных магнитных полей рассеяния (СМПР), возникающих на изделиях и оборудовании в зонах концентрации напряжений (ЗКН) и дефектов металла [5, 74]. При этом СМПР отображают необратимое изменение намагниченности в направлении действия максимальных напряжений от рабочих нагрузок, а также структурную и технологическую наследственность деталей и сварных соединений после их изготовления и охлаждения в слабом магнитном поле, как правило, в поле Земли. В методе МПМ используются естественная намагниченность и последействие, которое проявляется в виде магнитной памяти металла к фактическим деформациям и структурным изменениям в металле изделий и оборудования . Основные представители данного метода: ИКН-1М-4 ООО (Измеритель Концентрации Напряжений), ЭМИТ-1М (Электромагнитный индикатор трещин) - ООО «Энергодиагностика», рис.1.4 [31]. Вихретоковый контроль это бесконтактный метод контроля НДС поверхностного слоя металлических деталей. Основу этого метода составляет выносной датчик, который при протекании через него переменного тока, создаёт вихревые токи в контролируемой области. Вихретоковые преобразователи возбуждают в контролируемом объекте электромагнитное поле в диапазоне 1 Гц - 500 МГц и преобразуют в электрический сигнал изменения этого поля, вызванные нарушениями плотности, отклонениями геометрических и электромагнитных параметров объект [32]. Основные представители: дефектоскоп вихретоковый ЭМИТ-1, ЭМИТ-2, "Энергодиагностика" (Россия) [5], Olympus Omniscan (Япония),
Программный комплекс определения остаточных напряжений
Выражение (2.5) определяет физический смысл введенного параметра рэ. На низких частотах токи на поверхности проводника вокруг подающих электродов имеют распределение, близкое к аксиально-симметричному, при этом Ъ / и рэ р. По мере увеличения частоты f подаваемого в изделие тока происходит сжатие диаграммы распределения токов в плоскости изделия и по его глубине, т.е. ширина Ъ уменьшается. Это, в свою очередь, приводит к тому, что на высоких частотах рэ оказывается существенно большим, чем р.
Таким образом, задавая последовательность подаваемых токов различных частот , измеряя ток It и напряжение /,, вычисляя рэ, и его распределение по глубине материала изделия, можно определять распределение механических напряжений с,- в нем. Для этого: - в исследуемое изделие через подающие электроды засылают ток различной частоты; - измеряют силу поданного тока на каждой из заданных частот; - измеряют напряжение сигнала-отклика изделия на каждой из заданных частот; - вычисляют распределение ЭУС по глубине материала изделия; снимают калибровочную зависимость между ЭУС и механическими напряжениями в материале исследуемого изделия на глубинах, соответствующих глубинам проникновения тока на заданных частотах; - на основании снятой зависимости вычисленное распределение ЭУС преобразуют в распределение механических напряжений по глубине исследуемого материала изделия. Измерение силы поданного тока позволяет вычислять непосредственно эффективное удельное сопротивление и его распределение по глубине изделия и, кроме того, повышает стабильность измерений, т.к. внешнее воздействие не только задается и измеряется непосредственно в изделии, но и является нормирующим фактором (формула 2.6).
Вычисленное распределение р0 по глубине изделия (рис.2.3,а) содержит информацию как об изменении удельного сопротивления р поверхностного слоя материала изделия, зависящего от изменений механических напряжений о по его глубине, так и об изменении сечения проводника (т.е. слоя, в котором распространяется ток). В соответствии с формулой (2.5) рэ пропорционально р и обратно пропорционально Ь. Основное изменение рэ при изменении частоты тока связано с изменением сечения проводника, а изменение Арэ, связанное с механическими напряжениями, т.е. рассматриваемые аномалии, примерно на 1-2 порядка ниже. Механические напряжения определяются с помощью калибровочной зависимости (рис.2.3,6).
Имеется возможность выделить эти небольшие аномалии ЭУС на фоне значительных изменений, связанных с видом зависимости ЭУС, что может существенно повысить точность измерений. Для этого предлагается дополнительно вычислить распределение по глубине приращений ЭУС Лрэ исследуемого изделия относительно ЭУС изделия из того же материала с известными механическими напряжениями, снять калибровочную зависимость между этими приращениями и механическими напряжениями материала исследуемого изделия на глубинах, соответствующих заданным частотам, и, используя снятую зависимость, вычисленное распределение приращений ЭУС преобразовать в распределение механических напряжений по глубине материала исследуемого изделия.
На рис.2.3,а приведен типичный график зависимости рэ от частоты для образца Б1 из сплава ЭП-866. В силу зависимости (2.3) между частотой и глубиной проникновения тока в проводник эта же кривая является графиком распределения ЭУС по глубине поверхностного слоя (для этого ось абсцисс имеет два масштаба — по глубине и по частоте). Для образца, график рэ которого приведен на рис.2.3,а, аналогичным образом получено распределение рэ0 для случая отсутствия механических напряжений в образце. Кривая по амплитуде и форме мало отличается от кривой на рис.2.3,а. Полученные данные использованы для построения зависимости «чистой» аномалии ЭУС Ар = р — р 0, приведенной на рис.2.4. Там же приведены аналогичные кривые Арэ для различных технологий обработки поверхности образцов из того же сплава, а также кривая для нагруженной балки из этого сплава с напряжением равно 200 МПа. Измерения, проведенные на балке с известной степенью ее нагруженности, показали масштаб величин остаточных напряжений в образцах с разными технологиями обработки их поверхности. Вид кривых Арэ для образцов с разными технологиями обработки их поверхности (полировка, нагартовка и штамповка на двух гранях плоских образцов А1 и Б1) хорошо соответствует принятым представлениям о механических напряжениях, создаваемых этими технологиями. На рис.2.5 приведен пример осуществления предлагаемого способа при определении остаточных напряжений в турбинной лопатке непосредственно по этапам его осуществления. Так, на кривых а) и б) приведены результаты измерения тока It и напряжения Ut на тех же частотах , что и данные на рис.2.3,а и рис.2.4; на кривой в) — вычисленное распределение ЭУС рэ по глубине лопатки; на кривой г) - кривая калибровочных коэффициентов Кіа; на кривой д) - вычисленная эпюра остаточных напряжений (7(h), полученная по предлагаемому способу. На этой же кривой нанесены результаты разрушающего контроля. Сравниваемые результаты хорошо коррелируют друг с другом, но данные по предлагаемому способу получены за 10 минут, а альтернативный разрушающий метод требует около 4-х часов работы.
Напряженно-деформированное состояние изделий из никелевых сплавов
Жаропрочные сплавы на Ni-основе широко применяются в авиационной промышленности для изготовления ответственных деталей двигателей. Такие сплавы содержат до 85% никеля и до 30% легирующих элементов - хрома, молибдена, вольфрама, алюминия, титана и др. Принормальной температуре (20С) эти сплавы имеют предел прочности 1100-1300 МПа и могут быть отнесены к высокопрочным. Работоспособность деталей из высокопрочных сплавов зависит от режимов нагрузки, структуры сплавов, конструктивных концентраторов напряжений и других факторов. В [82] показано, что при повторных нагрузках число циклов нагружения до разрушения может изменяться в 3-10 раз. Наличие технологических остаточных напряжений, особенно напряжений растяжения, как правило, снижает показатели работоспособности деталей из высокопрочных сплавов. Механическая обработка резанием сопровождается разбросом показателей качества поверхности деталей, являющихся, по существу, неявными характеристиками возможной концентрации напряжений в деталях при рабочих напряжениях.
В производственных условиях контроль качества механической обработки деталей проводят по стандартизованным параметрам шероховатости Ra, Rz. При это остаточные напряжения снижают в процессе термической обработки (отпуска, старения и др.), а также на финишных и упрочняющих операциях. Для тонкостенных высокоточных деталей авиационных двигателей чистовая обработка является последним технологическим процессом перед сборкой, а термическая обработка после неё не допускается из-за возможной деформации, которая является компенсацией остаточных напряжений. Контроль остаточных напряжений на деталях проводят методом Давиденкова-Биргера [18] на образцах, вырезанных из указанных на чертежах мест. Остаточные напряжения определяются по изменению деформации вырезанного из детали образца при удалении тонких поверхностных слоев электрохимическим травлением. Из проверяемой партии берется деталь, как правило последняя, с ее поверхности вырезается фрагмент определённого размера, устанавливается в зажимы прибора, образец опускается в ванну с соответствующим электролитом, идет травление и одновременно измеряется деформация изгиба образца при стравливании отдельных слоев. Процесс управляется компьютером, в который внесены размеры и форма образца, модуль упругости сплава, электрохимический эквивалент, глубина и время травления и прочие параметры, необходимые для определения величин остаточных напряжений.
Для жаропрочных никелевых сплавов остаточные напряжения после механической обработки резанием превышают по абсолютной величине половину предела прочности и распространяются на глубину до 500 мкм от поверхности, при этом наблюдается значительный разброс величины остаточных напряжений и глубины проникновения, что определяет актуальность применения сплошного контроля деталей из жаропрочных сплавов неразрушающими методами в технологическом процессе их изготовления.
Для неразрушающего контроля напряжённо-деформированного состояния в тонкостенных деталях наиболее эффективно применение приборов, основанных на резистивном электроконтактном методе (электропотенциальный метод). Метод основан на пропускании переменного тока через контролируемый участок образца и измерении разности потенциалов или удельной электропроводности на определённом участке [44]. Для неразрушающего контроля также существуют магнитные, вихретоковые, рентгеновские методы. В настоящей работе для этого применяли прибор неразрушающего контроля остаточных напряжений СИТОН [48, ТУ 43-1443-001-72473394-04]. Последовательность измерений на образцах проводилась следующим образом: сначала неразрушающим методом, а затем разрушающим методом. Это давало возможность прямого сравнения результатов и снижало неопределённость, связанную с локальной неоднородностью остаточных напряжений. Для исследования выбраны две детали: 1) полотно лабиринта, рис.4.9, материал - никелевый сплав ЭИ698ВД; 2) полотно диска турбовинтового двигателя (ТВД), рис.4.10, материал — никелевый сплав ЭП741НП. Химический состав ЭИ698ВД (содержание в % по массе): 0,06%С; 0,5%Si; 0,5%Mn, 8,0-10,0%Cr; 2,2-3,0%Мо; l,2-l,6%Nb; 1,3-1,8%Ті; 4,75-5,15%А1; 6,5-7,2%W; 15,0-16,5%Со; 0,5%Fe; остальное Ni. Химический состав ЭП741-НП (содержание в % по массе): 0,03-0,07%С; 0,5%Si; 0,4%Mn, 13,0-16,0%Cr; 2,8-3,2%Мо; l,9-2,2%Nb; 2,35-2,75%Ti; 1,45-1,80%А1; 2,0%Fe; остальное Ni.
