Влияние полетного цикла нагружения дисков ГТД из титановых сплавов на кинетику их усталостного повреждения

• Автор: Лосев, Александр Иванович
• Шифр специальности: 05.22.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДИСКОВ РОТОРОВ ГТД И 10 ПОВЕДЕНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ИХ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
1.1 Расчетные методы определения циклической долговечности дисков роторов ГТД
1.2 Экспериментальные методы определения циклической долговечности дисков рото- 16 ров ГТД
1.3 Особенности поведения титановых сплавов при циклическом нагружении
1.3.1 Закономерности зарождения и роста усталостных трещин
1.3.2 Роль структуры и легирующих элементов Ti-сплавов в развитии разрушения
1.3.2.1 Структурное состояние
1.3.2.2 Текстура материала
1.3.2.3 Легирование и газонасыщение
1.3.3 Влияние условий нагружения на кинетику трещин
1.3.3.1 Частота нагружения и внешняя среда
1.3.3.2 Асимметрия цикла нагружения
1.3.3.3 Выдержка под нагрузкой
1.3.3.4 Многопараметрическое нагружение
1.3.4 Геометрический фактор
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Материалы и объекты исследования
2.2 Испытания образцов из сплавов ВТЗ-1 и ВТ8 на растяжение
2.3 Испытания образцов из сплава ВТ8 при трехточечном изгибе
2.4 Испытания образцов с разным КСТ
2.5 Испытания сплава ВТ8 при высокой асимметрии цикла
2.6 Испытания дисков компрессоров ГТД
2.6.1 Испытание диска I ступени КВД с повышенным прогибом полотна
2.6.2 Испытание диска I ступени КВД с отработкой методов контроля дисков
2.6.3 Испытание диска I ступени КВД в составе двигателя
2.6.4 Испытание диска I ступени КНД по типовому ПЦН
2.7 Фрактографические исследования
2.8 Обработка результатов исследования
3 СИНЕРГЕТИКА УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ДИСКОВЫХ ТИТАНОВЫХ СПЛА- 65 ВОВ ВТЗ-1 И ВТ8

Влияние выдержки под нагрузкой на рост трещин при изгибе образцов Закономерности роста поверхностных усталостных трещин при растяжении образцов из сплава ВТ8 и ВТЗ
Сопоставление вида процесса разрушения и реализованной энергии разрушения титанового сплава ВТЗ
Влияние высокой асимметрии цикла на рост усталостных трещин в титановом сплаве ВТ8
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЭКВИВАЛЕНТЫ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАГРУЗОК НА ТИТАНОВЫЕ ДИСКИ
Закономерности кинетики разрушения Диска I ступени КВД двигателя Д-30, испытанного на стенде типа УИР
Соответствие сигналов АЭ кинетике усталостного разрушения диска Разрушение диска I ступени КВД при стендовых ресурсных испытаниях двигателя Д-30 по программе ЭЦИ
Эквивалент накопления усталостных повреждений за попет в диске I ступени КНД двигателя Д
Эквивалентные характеристики СРТ в дисках различных типов Методика установления периодичности осмотров дисков компрессоров в эксплуатации
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ ТИТАНОВЫХ ДИСКОВ АВИАЦИОННЫХ ГТД
Разрушения дисков компрессоров двигателя Д
Диски I ступени КНД
Диски II, III и IV ступеней КНД
Диски I ступени КВД.
Диски II и V ступеней КВД
Разрушение дисков компрессоров двигателя ДЗОКУ Диски II ступени КНД Диск I ступени КВД
Разрушение дисков компрессоров двигателей Д-36 и Д
Разрушения дисков I ступени КНД двигателя НК8-2У
Диски двигателя CF6-50 Американской фирмы "General Electric"
Диск вентилятора двигателя CF

5.5.2 Ротор барабанно-дискового типа КВД двигателя СР6
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Список литературы
Приложения

равного примерно 20 МПа-м.
Сравнением величин продвижения трещин за блок нагружения с измеренными шагами усталостных бороздок было установлено, что блок ПЦ1 формировал на изломах одну усталостную бороздку, блок ПЦ2 - две, а блок ПЦЗ - три.
По полученным результатам исследований была проведена оценка уровня эквивалентных напряжений, действовавших в дисках. В качестве тестовой кинетической'кривой была использована кривая, полученная для условий нагружения пульсирующим циклом с частотой 0,2 Гц. Полученное в результате этого выражение, описывающее кинетику усталостных трещин при разных т и блоках нагружения, имеет вид:
8 = 2,14 10 7 - /(т,ЛЦН)- К,?; (1.15)
В этом выражении /(т,ПЦН) - поправочная функция на эквидистантное смещение кинетических кривых при испытаниях с выдержками и блоками ПЦ1, ПЦ2 и ПЦЗ.
Согласно полученным в работе [51] оценкам значение функции /(т,ПЦН) соответствует смещению кинетических кривых на 10 МПа-м. Это означает, что при треугольной форме цикла нагружения с частотой 0,2 Гц /(т,ПЦН) = 1, а при выдержках т = 3 - 60 с и блоках ПЦ1, ПЦ2 и ПЦЗ /(т,ПЦН) = 0,67. Предельная длина трещины, удовлетворяющая данному выражению, ограничивается шагом усталостных бороздок в 2-10-® м.
Таким образом, Ті-сплавьі с пластинчатой двухфазовой (а+р)-структурой и фрагментами структуры переходного типа могут характеризоваться существенным разбросом в долговечности и СРТ, связанным с особенностями их текстуры, воздействием окружающей среды, вариациями долевых отношений легирующих элементов в рамках допустимого химического состава и наличием даже в допустимых пределах примесных элементов и газов.
Реакция Ті-сплавов на такие виды внешнего нагружения как выдержка под нагрузкой и бигар-моническое нагружение неоднозначна. Неоднозначно поведение Ті-сплавов и при снижении частоты нагружения. Один и тот же сплав с одинаковой, по контролируемым параметрам, структурой и допустимым химическим составом на идентичные условия внешнего воздействия может реагировать по разному, проявляя или не проявляя чувствительность к такому воздействию. Это выражается в изменении кинетики накопления в материале повреждений и развития в нем усталостных трещин по сравнению с тестовыми условиями нагружения, которыми обычно является отнулевой пульсирующий цикл нагружения. При этом степень различия в поведении одного и того же сплава также может варьироваться в широких пределах начиная от некоторого снижения инкубационного периода разрушения или увеличения СРТ и кончая многократным снижением долговечности за счет резкого сокращения всех этапов развития разрушения и сменой механизмов разрушение.
Причины такого поведения Ті-сплавов однозначно не установлены. Какой-либо связи с контро-