Повышение сопротивления усталости лопаток компрессора газотурбинных двигателей на основе улучшения поверхностного слоя

• Автор: Дубин, Алексей Иванович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 193 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Обзор современного состояния работ в области обеспечения долговечности эксплуатации лопаток компрессора
1.1 Анализ причин уменьшения предела выносливости лопаток компрессора ГТД при стендовых испытаниях и эксплуатации
1.2 Обзор влияния современных методов модификации поверхности лопаток компрессора ГТД на их сопротивление усталости
1.3 Обзор работ по исследованию влияния остаточных напряжений на сопротивление усталости
1.4 Обзор работ в области контроля частот собственных колебаний и
исследования остаточных напряжений лопаток компрессора
Выводы по первой главе
2 Методики проведения экспериментальных исследований и получения комплексных вакуумных ионно-плазменных покрытий
2.1 Подготовка специальных образцов и компрессорных лопаток для проведения экспериментальных исследований
2.2 Методики проведения экспериментальных исследований
2.2.1 Методики металлографических и механических исследований
2.2.2 Методика и оборудование для определения остаточных напряжений во
всём объёме лопаток компрессора
2.2.3 Методики и оборудование для определения остаточных напряжений в приповерхностном слое лопаток компрессора
2.2.4 Методика контроля частот собственных колебаний лопаток
2.2.5 Методики проведения испытаний на усталость при симметричном и асимметричном изгибе
2.2.6 Методика фрактографического исследования усталостных изломов
2.2.7 Методика и оборудование для проведения испытаний на эрозионный

3.8 3.8.

износ
Оборудование и технология ионной имплантации
Технология получения комплексных вакуумных ионно-плазменных покрытий для повышения сопротивления усталости компрессорных
лопаток ГТД
Методика обработки экспериментальных данных
Общая методика и программа проведения исследований
Выводы по второй главе
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
Исследование микроструктуры и микротвёрдости
Рентгеноструктурный анализ и элементный состав приповерхностного

Результаты механических испытаний
Исследование распределения остаточных напряжений во всём объёме
лопаток компрессора
Исследование распределения остаточных напряжений в
приповерхностном слое лопаток компрессора
Определение ЧСК лопаток компрессора по первой изгибной форме
колебаний
Исследование сопротивления усталости лопаток при симметричном и
асимметричном изгибе, а также с концентратором напряжений
Исследование сопротивления усталости лопаток при симметричном изгибе
3.8.2 Влияние асимметрии цикла на сопротивление усталости лопаток
3.8.3 Исследование влияния концентрации напряжений на сопротивление

усталости лопаток при симметричном изгибе
3.9 Фрактографический анализ усталостных изломов
3.9.1 Фрактографический анализ изломов после испытаний на усталость при
симметричном изгибе
3.9.2 Фрактографический анализ изломов после испытаний на усталость с
концентратором напряжений при симметричном изгибе
3.10 Испытания на эрозионный износ
Выводы по третьей главе
4 Разработка рекомендаций по применению комплексной вакуумной ионноплазменной обработки для повышения долговечности при ремонте лопаток компрессора ГТД из титановых сплавов и их диагностике
4.1 Рекомендации по проведению ремонта лопаток компрессора ГТД
исходя из их повреждаемости и повышения сопротивления усталости
4.2 Рекомендации по проведению диагностики лопаток компрессора ГТД
4.3 Практическая реализация комплексной вакуумной ионно-плазменной
обработки в составе газотурбинного привода
Выводы по четвёртой главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Разработка специальной методики и оборудования
для определения остаточных напряжений в различных частях профиля
лопаток
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Разработка специальной методики и оборудования для проведения контроля частот собственных колебаний с использованием лазера

развития усталостных трещин [1] и, как следствие, снижение долговечности лопаток.
Рисунок 1.15 - Влияние остаточных напряжений на предел выносливости
сплава Ть6А1-4У [177]
Необходимость оценки ОПН в деталях сложных форм в местах, которые являются концентраторами напряжений (кромки пера лопаток компрессора, радиусы перехода пера к полке замка), особенно актуальна при эксплуатации ГТД с большим ресурсом, в том числе для прогнозирования его надёжности в дальнейшем. В связи с тем, что при серийном контроле выполняется анализ только тех мест профиля пера, из которых можно подготовить плоские образцы, ввиду недостаточной информативности экспериментального оборудования, для получения полной оценки напряжённого состояния лопатки необходимо применять новые подходы к определению остаточных напряжений на основе методических материалов [105].
Как известно [139], остаточные напряжения, возникающие в ходе технологического процесса обработки лопаток, а также при их эксплуатации в составе ГТД, изменяются. При этом устойчивость напряжений резко снижается при эксплуатации лопаток в условиях циклического нагружения. Кроме того,