УДК 629.7.015.4

ОЦЕНКА СОПРОТИВЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ ФРЕТТИНГ-КОРРОЗИИ

Хаинг Мин, инженер, аспирант РГТУ МАТИ им. К.Э. Циолковского
Юрий Иванович Павлов, профессор РГТУ МАТИ им. К.Э. Циолковского, к.т.н.

 

В статье рассматриваются вопросы оценки сопротивления усталости конструкционных материалов, применяемых в авиационных двигателях при действии фреттинг-коррозии.

In the article, the questions for an estimation of fatigue resistance of the constructional materials, applied in aircraft engines under the influence of fretting-corrosion are considered.

Ключевые слова: авиационный двигатель, фреттинг-коррозия, сопротивления усталости.

Keywords: aircraft engine, fretting corrosion, fatigue resistance.

С С помощью испытаний на усталость в условиях фреттинг-коррозии удается получить важную характеристику для конструкционных материалов, позволяющую оценить степень снижения сопротивления усталости материала при действии переменных нагрузок в условиях действия фреттинг-коррозии [1].

Подобные испытания позволяют проводить сравнение материалов, а также эффективности различных технологических мероприятий, способствующих повышению сопротивления материалов, эксплуатирующихся в условиях фреттинг-коррозии.

Однако при таких испытаниях не удается выявить роль отдельных факторов процесса фреттинг-коррозии в снижении сопротивления усталости материала т.к., например, изменения уровня действующих переменных напряжений сопровождаются изменением амплитуды относительных перемещений в зоне контакта и т.д.

Исследования проводились на сплавах АК4-1, ВТ8 и стали 13Х11Н2ВМФ.

Для титанового сплава ВТ8 в условиях коррозии трения характерен крутой наклон кривых усталости с показателем степени m = 5…8.

При этом снижение предела фреттинг-выносливости сплава ВТ8 в условиях действия фреттинг-коррозии существенно выше, чем для сплава АК4-1 и стали 13Х11Н2ВМФ.

Величина снижения предела фреттинг-выносливости для исследованных вариантов составляет от 70 до 40%, что соответствует значениям К_σ = 3,4…1,8 в зависимости от величины давления в контакте и материала сопряженной пары

Значения величин характеристик рассеяния для сплава ВТ8 выше, чем у стали 13Х11Н2ВМФ и существенно больше, чем у сплава АК4-1. Величина с.к.о. в этом случае находится в диапазоне 0,56…1,02, что соответствует рассеянию среднего значения долговечности с учетом 90% доверительного интервала в один-полтора порядка.

С уменьшением уровня переменных напряжений дисперсия несколько увеличивается, однако максимальным напряжениям не соответствуют минимальные характеристики рассеяния, как это имеет место в случаях со сплавом АК4-1 и сталью 13Х11Н2ВМФ. При действии переменных напряжений с амплитудой σ_ν = 0,5σ_-1 для сплава в исходном состоянии рассеяние напряжения, соответствующих средним значениям долговечностей с учетом доверительного интервала, может достигать 50%, а следовательно, соответствующие значения К_σ будут составлять 4,25…2,25.

С ростом величины давления в зоне контакта (до 100 МПа) для пар ВТ8-ВТ3-1 и ВТ8-сталь 13Х11Н2ВМФ имеет место снижение предела усталости, причем степень снижения и в том, и в другом случае примерно одинаковая. При давлении Р = 200 МПа для пары ВТ8-ВТ3-1 наблюдается тенденция к повышению предела усталости, что выражается в некотором постоянном увеличении средней долговечности. При тех же условиях для пары ВТ8-13Х11Н2ВМФ наблюдается значительное "восстановление" предела усталости.

Отличие в поведении одного и того же материала в зависимости от свойства материала контактирующей пары можно объяснить влиянием продуктов повреждения, образующихся при испытаниях в зоне контакта. При малых давлениях, когда преобладающую роль в повреждении материала играют перемещения, образующиеся при этом окислы железа имеют большую подвижность и, действуя как абразив, способствуют усталостному повреждению титанового сплава. При росте давления в зоне контакта (Р = 100 МПа) роль перемещений ослабевает и повреждаемость в вариантах 14 и 15 оказывается одинаковой. При величине давления Р = 200 МПа, когда относительная подвижность контактирующих поверхностей становится еще меньше, у образующихся в зоне контакта окислов железа более резко проявляются смазывающие свойства, что способствует уменьшению повреждаемости сплава.

Следует заметить, что при раздельных ступенчатых испытаниях влияние повреждений титановых сплавов фреттинг-коррозии оказывается ниже, чем при испытаниях на фреттинг-усталость. Последнее свидетельствует о принципиальных отличиях в процессах; повреждения титановых сплавов по сравнению со сталью 13Х11Н2ВМФ, где в тех же условиях практически соблюдался принцип суперпозиции повреждений [2].

Связь с автором: 8 (495) 552-8539

Литература

1. Петухов А.Н. Сопротивление усталости деталей ГТД - "Машиностроение", 1993. 240с.
2. Петухов А.H. Механизм фреттинг-коррозии и фреттинг-усталость малоподвижных высоконагруженных соединений ГТД и ЭУ. М. ЦИАМ, 2008. (ЦИАМ, Труды № 1338). 240с.
Связь с автором: 8 (495) 552-8539