Повышение эффективности поверхностного упрочнения ремонтных лопаток газотурбинного комплекса на основе прогнозирования релаксационной стойкости остаточных напряжений

• Автор: Кротинов, Николай Борисович
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Анализ литературных источников
1.1. Методы упрочнения поверхностного слоя
1.1.1. Ультразвуковое упрочнение свободными шариками
1.1.2. Термопластическое упрочнение
1.2. Усталостная прочность и качество поверхностного слоя
1.3. Факторы, влияющие на формирование и релаксацию остаточных напряжений
1.4. Методы определения напряженно-деформированного состояния и параметров процесса релаксации остаточных напряжений
1.4.1. Методы определения напряженно-деформированного
состояния
1.4.2. Методы определения параметров процесса релаксации
остаточных напряжений
2. Расчет кинетики напряженно-деформированного состояния
в поверхностно упрочненном слое цилиндрического изделия в условиях ползучести
2.1. Методика определения напряженно-деформированного состояния в поверхностно упрочненном слое цилиндрического изделия
2.2. Методика расчета параметров процесса релаксации напряжений в поверхностно упрочненном слое цилиндрического изделия при ползучести с учетом предварительной деформации
Выводы по разделу
3. Объект, методика и оборудование экспериментальных
исследований
3.1. Состав и свойства исследуемых материалов
3.2. Основные операции технологического процесса ремонта
лопаток

3.3. Установка для термопластического упрочнения лопаток
3.4. Методика и оборудование экспериментального исследования остаточных напряжений
3.5. Методика и оборудование экспериментального исследования усталостной прочности
Выводы по разделу
4. Результаты экспериментальных исследований и внедрение в производство
4.1. Результаты экспериментальных исследований параметров
процесса релаксации остаточных напряжений и усталостной прочности
4.2. Опытно-промышленная проверка и внедрение результатов исследований
Выводы по разделу
Выводы по работе
Список использованных источников
Приложение 1. Акт внедрения
Приложение 2. Программа расчета параметров процесса релаксации остаточных напряжений

Введение
В современной газовой промышленности все большее внимание уделяется продлению ресурса парка газоперекачивающих агрегатов (ГПА), устанавливаемых на компрессорные станции (КС). Значительную часть ГПА составляют агрегаты типа ГТК, имеющие значительную наработку и эксплуатирующиеся в режиме полной нагрузки. Достаточно остро стоит на сегодняшний день проблема износа лопаточного аппарата, как одного из важнейших рабочих органов ГТК. Лопатки ГТК в процессе длительной эксплуатации претерпевают широкий спектр нагрузок, как температурных, так и механических.
Для продления ресурса широко используются различные способы упрочнения поверхностного слоя, в частности такие прогрессивные, как ультразвуковое упрочнение свободными шариками (УЗУ) и термопластическое упрочнение (ТПУ), позволяющие значительно увеличить долговечность работы различных деталей, в том числе и таких ответственных, как лопатки газотурбинного комплекса.
Противостоять циклическим нагрузкам позволяют остаточные напряжения сжатия, сформированные упрочняющей обработкой, обеспечивая, тем самым, высокий ресурс работы детали. Однако в процессе наработки происходит уменьшение исходного уровня остаточных напряжений, то есть наблюдается явление релаксации (ослабления), что неизбежно влечет за собой и снижение исходного уровня долговечности. Уменьшить негативное влияние релаксации можно следующим образом:
- подобрать такой способ и режим упрочнения, который сформирует более устойчивое к процессу релаксации напряженно-деформированное состояние;
- заранее прогнозировать срок снижения остаточных напряжений до критического уровня, после которого необходимо производить повторное упрочнение. Следовательно, формировать устойчивое напряженно-деформированное состояние и прогнозировать процесс его релаксации является актуальной задачей.

результате диффузии происходит перестройка атомной структуры, что сопровождается уменьшением величины деформационного упрочнения и остаточных напряжений. Наблюдается коагуляция упрочняющих фаз, усиливающая рекристаллизационные процессы и т.д. Чем больше степень предварительного деформационного упрочнения, тем при данной температуре больше и скорость релаксационных процессов. Следует отметить, что практически все методы ТТГТД характеризуются относительно высокой степенью деформационного упрочнения [22, 53].
С этим чисто физическим перечнем причин, приводящим к релаксации остаточных напряжений, можно только согласиться. Однако на их основе крайне затруднительно (или невозможно) построить математическую модель для расчета кинетики остаточных напряжений во времени.
В этом плане следует перейти от уровня дискретного строения материала (зерно, дислокации, включения и т.д.) к уровню механики сплошной среды. На этом уровне указанные причины при высоких температурах интегрально приводят к деформации ползучести. Существующая расчетная модель, основанная на деформации ползучести [88], не учитывает пластическую деформацию, возникающую после обработки любым из способов поверхностного упрочнения, что может привести к значительным погрешностям при расчете релаксации. Отсюда естественным образом возникает задача разработки математической модели расчета параметров процесса релаксации остаточных напряжений в поверхностном слое на фоне ползучести всего конструктивного элемента с учетом предварительной пластической деформации.
Таким образом, результаты литературного обзора позволили сформулировать основные задачи исследований настоящей работы:
- создать математическую модель и компьютерную программу расчета параметров процесса релаксации остаточных напряжений на основе ползучести с учетом пластических деформаций, сформированных упрочняющей обработкой;