Определение технологических условий шлифования деталей ГТД с учётом структурных и фазовых изменений в их поверхностном слое

• Автор: Тимофеев, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.08, 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 212 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Анализ дефектов деталей ГТД в связи с состоянием поверхностного слоя

1.2 Анализ характеристик материалов, применяемых для изготовления деталей ГТД.

1.3 Анализ выполненных исследований по расчтному определению остаточных напряжений в поверхностном слое деталей при механической обработке.

1.4 Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА МАТЕРИАЛ В ЗОНЕ ОБРАБОТКИ, В ИХ СВЯЗИ С ЭВОЛЮЦИЕЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОВ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ШЛИФОВАНИИ
2.1 Количественные теории образования дефектов кристаллической структуры при пластической деформации.

2.2 Изменение физикомеханических свойств при пластической деформации

2.3 Изменение удельного объма и модуля Юнга при пластической деформации
2.4 Скрытая энергия деформации
2.5 Оценка согласованности моделей накопления дефектов при пластической деформации с экспериментальными данными
2.6 Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МАТЕРИАЛА ПОСЛЕ ШЛИФОВАНИЯ
3.1 Выбор методов экспериментального исследования.
3.2 Обоснование выбора модельного материала, конструкции и технологии изготовления образцов.
3.3 Описание экспериментальных методик
3.3.1 Методика определения микротвердости поверхностных слоев
3.3.2 Методика выполнения рентгенографических исследований
3.3.3 Методика определения модуля нормальной упругости модуля Юнга поверхностных слоев металлических хматериалов
3.3.4 Методика динамического определения модуля Юнга длинномерных образцов.
3.3.5 Методика определения температурной зависимости внутреннего трения длинномерных образцов
3.3.6 Методика определения остаточных напряжений в поверхностном слое металлических образцов.
3.3.7 Экспериментальная установка для определения температурного поля по глубине поверхностного слоя при шлифовании образцов.
3.3.8 Экспериментальная установка для определения термоэлектродвижущей силы термоЭДС пары образецэталон
3.3.9 Методика проведения дифференциального термического анализа
3.3. Методика проведения дилатометрических исследований
3.4 Выводы по главе
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
4.1 Результаты экспериментального исследования состояния поверхностного слоя материала после обработки шлифованием.
4.2 Анализ и обсуждение результатов экспериментального исследования
4.3 Выводы по главе
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ СТРУКТУРНЫХ И ФАЗОВЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ В НИКЕЛЕВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВАХ.
5. соотношении между температурой плавления, модулем упругости и энергией активации самодиффузии металлов
5.2 Влияние пластической деформации на диффузию в металлах.
5.3 Закономерности формирования остаточных напряжений при фазовых превращениях в материале модельных образцов.
5.4 Закономерности формирования остаточных напряжений при структурных и фазовых изменениях в никелевых жаропрочных сплавах
5.5 Разработка практических рекомендаций по назначению режимов шлифования
5.6 Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Такое поведение лопаток турбины в условиях эксплуатации в известной степени обусловлено различным состоянием материала поверхностного слоя на окончательно обработанных лопатках. Причиной их появления могут быть растягивающие остаточные напряжения, возникающие в поверхностном слое после некоторых операций механической обработки, таких, как шлифование абразивными кругами. Действие растягивающих остаточных напряжений усугубляется тем, что существующая на предприятиях измерительная база обычно не позволяет проводить оперативный неразрушающий контроль за их величиной и распределением по глубине поверхностного слоя деталей, и кроме того, в результате релаксационных процессов дефекты могут проявляться в процессе хранения или эксплуатации лишь через некоторый промежуток времени после окончания последней технологической операции. В практике встречаются трещины на корыте пера лопаток из жаропрочного сплава ХНТЮР со стороны выходной кромки, появившиеся в результате сохранения на отдельных участках пера лопатки растягивающих напряжений от механической обработки рис. Рис. Из приведенного на рис. Другие лопатки с аналогичным дефектом имели несколько иной характер распределения остаточных напряжений в зоне трещины рис. Юмкм были обнаружены небольшие сжимающие напряжения, которые по мере удаления от поверхности переходили в растягивающие, с максимумом порядка 0 МПа на глубине мкм. В данном случае обращает на себя внимание сравнительно большая мощность эпюры растягивающих напряжений на некотором расстоянии от поверхности. Это обстоятельство позволяет сделать предположение о том, что в лопатке первоначально сформировались лишь подповерхностные микротрещины. Однако, поскольку запас потенциальной энергии остаточных напряжений оставался большим, то под действием внешних силовых факторов или же в результате внутренних релаксационных процессов некоторые микротрещины могли преодолеть поле сжимающих напряжений и выйти на поверхность с образованием магистральных трещин. Рис. Затем поверхность подвергалась полированию, но в силу того, что припуск, снимаемый полированием, был мал, на некоторых участках сохранялись растягивающие остаточные напряжения от предшествующей обработки абразивными кругами. Именно эти напряжения, при низкой пластичности сплава ХНТЮР могли способствовать возникновению трещин. В практике имеют место случаи, когда на выходных кромках лопаток турбины из жаропрочного сплава ХНМВТЮБ обнаруживались трещины, располагающиеся перпендикулярно выходной кромке на расстоянии 0 0 мм от подошвы замка. Причиной образования трещин являлись подповерхностные растягивающие напряжения, образующиеся в результате интенсивного теплового воздействия на операции шлифования пера в зоне кромки в процессе обрезки и скругления кромок. При обработке замковых соединений лопаток ГТД широкое распространение получил метод глубинного шлифования , 0, 1. Это метод значительно повышает точность изготовления профиля хвостовика и существенно повышает производительность труда. В то же время, результаты усталостных испытаний хвостовиков говорят о том, что глубинное шлифование в некоторых случаях снижает предел выносливости на и более, по сравнению с другими методами обработки например фрезерованием 6. Как показал анализ, причина этого явления заключается в неоптимальных параметрах качества поверхности после обработки. В процессе шлифования в поверхностном слое материала толщиной до 5 мкм формируются остаточные напряжения от минус 0 до плюс МПа, меняющие свой знак на глубине от 5 до мкм. Величина растягивающих напряжений сравнительно невелика, однако их градиент создат благоприятные условия для накопления повреждений и преждевременного разрушения в процессе эксплуатации. Кроме перечисленных следует учесть и те дефекты, которые являются следствием использования форсированных режимов обработки, что способствует образованию растягивающих остаточных напряжений и создает на обработанной поверхности глубокие концентраторы напряжений, которые не всегда могут быть удалены на отделочных операциях.