Появления усталостной

ряют интенсивность сигнала корреляции. Нагрев вызывает деформацию проводников и материала платы, что приводит к декорреляции изображения и изменению интенсивности сигнала ФЭУ. Типичная зависимость сигнала ФЭУ от величины смещения проводников показана на рис. 25, б. Аналогично исследуется процесс появления усталостных трещин в лопатках турбин и других изделиях. Возможности когерентно-оптических методов существенно возрастают при сочета-РИИ их с ЭВМ, применяемыми для логической обработки корреляционных или отфильтрованных изображений. Ввод изображения в ЭВМ може! производиться, например, с помощью быстродействующих фотомозаичных структур (фотодиодные матрицы и т. д.). Гибридные оптико-электронные вычислительные машины, несомненно, найдут широкое применение ь практике оптического неразрушающего контроля.

Как уже отмечалось, в процессе упаривания жидкой пленки могут возникать значительные пульсации температуры поверхности трубы, являющиеся причиной появления усталостных трещин. Поэтому в целях повышения срока службы и надежности работы паро-генерирующих труб рекомендуется не допускать разности температур между стенкой и средой в зоне ухудшенного теплообмена более чем 80°С. Массовые скорости рш потока, обеспечивающие эту разность температур, могут быть выбраны по графику, приведенному на рис. 12.16 [195].

Опыт эксплуатации ВС гражданской авиации показал, что в пределах существующих ресурсов в отдельных элементах конструкции возникают и развиваются усталостные трещины на значительную длину или глубину [72-88]. Это может происходить по разным причинам. Так, например, сопоставление долговечностей на начальном этапе эксплуатации одного из транспортных самолетов по критерию роста усталостных трещин в обшивке крыла в эксплуатации и на стенде по специальным программам, моделирующим условия эксплуатации, показало следующее [73]. При введении ВС в эксплуатацию нагружение обшивки в полете рассматривали, исходя из эквивалента программы испытания на выносливость по расчету 2,0. Сопоставление со статистическими данными по появлению усталостных трещин в процессе увеличения срока эксплуатации ВС выявило (табл. 1.2), что значение эквивалента программы испытаний для средней части крыла транспортного самолета по критерию роста усталостных трещин составляет 0,31. Расчетный эквивалент программы испытаний на выносливость существенно отличался от статистических данных по наработке к моменту появления усталостных трещин в аналогичных местах обшивки крыла ВС, хотя возникновение и распространение трещин до существенных размеров не было опасным.

При этом были проведены два вида анализа закономерностей появления усталостных бороздок или устойчивости закона их формирования, устанавливаемого соотношением (4.43). Во-первых, рассматривалась статистика многолетних измерений величин усталостных бороздок, которые получали из традиционных подходов установления среднего шага бороздок по результатам измерений серии произвольно выбранных величин, использовавшихся в последующем для построения кинетической кривой. Эти значения имели самый произвольный характер с точки зрения выбора места измерений на изломе и проведения самих измерений. Макроплоскость излома всегда была ориентирована под углом около 45° к пучку электронов. В результате этого истинное значение шага по результатам измерений всегда определялось

Важным обстоятельством явилось выявление в каждом из сечений у обоих дисков участка вскрывшейся усталостной трещины. Он был расположен у отверстия под болт аналогично участкам, расположенным в сечениях первоначально длительно развивавшихся трещин. Это свидетельствовало о множественном характере появления усталостных трещин в отверстиях под болты у обоих разрушившихся дисков. Поверхности изломов на этих начальных участках также окислены до золотисто-серого цвета, характер развития трещин внутризеренный, а граница полуэллиптической формы с зоной долома четкая, что характерно для ситуации, когда предельное состояние с развившейся трещиной было достигнуто при резком возрастании нагрузки в момент окончательного разрушения диска. Размеры основных усталостных трещин в дисках Р-1 и Р-2 были соответственно по поверхности 2с = 6,5 мм и 2с = 1,2 мм, а в глубину а = 3,0 мм и а = 0,3 мм.

Общие сведения о лопатках. Лопатки изготавливают из никелевого сплава ЭИ598 с твердостью по ТУ для ремонтных лопаток 0отп.= 3,17 - 3,60 мм. Во всех случаях появления усталостных трещин в лопатках было установлено, что по содержанию

Все случаи появления усталостных трещин в лопатках были сгруппированы по наработке, в зависимости от размеров выявленных трещин и расположения зоны возникновения трещины по длине пера относительно подошвы лопатки. Статистические данные по случаям образования в лопатках трещин (представленные для анализа Э. Н. Дарчиновым) были сгруппированы следующим образом (рис. 11.28). Проанализировано распределение длины выявляемых трещин в функции расстояния от подошвы замка. Рассмотрено распределение относительной (к назначенному ресурсу) наработки лопаток по расстоянию трещин от подошвы замка и соотношение этого распределения с относительной (к пределу 200-часовой длительной прочности материала) термонапряженностью пера лопатки (рис. 11.286) и с относительной (к пределу прочности материала) расчетной напряженностью пера лопатки

стве случаев, на что указывает статистика эксплуатации лопаток, напряженность лопаток после ремонта такова, что они не имеют начальных межзе-ренных растрескиваний при больших наработках. Однако при определенном сочетании натягов по бандажным полкам в лопатках могут возникать напряжения, которые при больших наработках начинают проявляться в виде образующихся начальных зон межзеренного растрескивания. Эта ситуация аналогична рассмотренным выше случаям появления усталостных трещин в лопатках III ступени турбины двигателя НК-8-2у при наработке более 12000 ч.

Редукторы вертолетов испытывают в полете многочастотное вибрационное нагружение в результате многочисленных взаимодействий зубчатых колес разных ступеней при разной скорости их вращения [6]. В связи с этим задача количественной оценки длительности роста трещин в зубчатых колесах считалась нерешаемой и поэтому не рассматривалась. Необходимость поиска подходов и путей ее решения при проведении расследований летных происшествий возникла в связи с отказами редукторов из-за разрушения их зубчатых колес (ЗК), что, как показано выше на примерах, приводило к тяжелым летным происшествиям. Необходимость исключения повторения указанных происшествий потребовала не только идентифицировать природу возникновения очага разрушения для устранения причин появления усталостных трещин. Стало актуальным решение вопроса о том, чтобы появляющиеся в ЗК по различным причинам усталостные трещины могли быть выявлены с обоснованной периодичностью вводимого на практике неразрушающего контроля. Рекомендуемая периодичность могла быть обоснована только по результатам исследования кинетики усталостных трещин, и продолжительность эксплуатации между двумя соседними осмотрами редуктора не должна была превышать времени роста трещин до критических размеров.

Данные о типах вертолетов, их наработке и причинах появления усталостных трещин

вреждения или дефекты материала, которые приводят к появлению и распространению.в них усталостных трещин. Поскольку в случае дефекта материала известно время начала эксплуатации детали с дефектом материала и число полетных циклов нагружения вала, то естественно провести анализ регулярности появления усталостных линий в изломе вала и обосновать правомерность оценки по ним длительности роста трещин в полетах.

Чтобы более точно установить, на какой стадии появления или развития трещины действует коррозионная среда, были проведены исследования поверхности испытанных образцов (при долговечностях, близких к появлению трещины) под электронным микроскопом [ 142,155]. Определено, что коррозионная среда резко ускоряет процесс подрастания трещины. В то же время место начала появления усталостной трещины и на воздухе, и в коррозионной среде одно и то же —вдоль полос скольжения через а-фазу или через двойники. На первой стадии микроскопические трещины распространяются главным образом по линиям сдвигов.

Одной из первых в этом направлении была работа Н. С. Акулова [Л. 1], обнаружившего изменение магнитной проницаемости ферромагнитного образца при его испытаниях на вибростенде задолго до появления усталостной трещины [Л. 2}. Этот эффект наблюдался не только вблизи участка испытаний, но и вдали от него. Н. С. Акуловым и его учениками была выдвинута гипотеза о том,

В процессе циклического деформирования образцов с помощью микроскопа с 300-кратным увеличением вели наблюдение за появлением и развитием усталостных трещин на полированных боковых поверхностях. Это позволило получить зависимости долговечности до появления усталостной трещины от уровня амплитуды напряжений, а также длины нераспространяющихся усталостных трещин ов образцах различных размеров.

Приведенные результаты показывают, что для поверхностно-наклепанных деталей актуальной становится задача не столько1 определения момента появления усталостной трещины, сколько' определение ее критической длины. Установление такой предельной длины нераспространяющейся трещины необходимо и для возможности контроля безопасности дальнейшей эксплуатации-детали. Определение размеров нераспространяющихся усталостных трещин в поверхностно-наклепанных деталях проводили на образцах из углеродистой стали в состоянии поставки (0,57 % С; 0,61 % Мп; 0,23% Si; 0,019 %Р и 0,016% S; ав = 702,5 МПа; от = 397 МПа; 6 = 20,5% и г) = 38,4%). Образцы диаметром 24 мм имели концентраторы одинаковой глубины 6 мм с различными радиусом при вершине и углом раскрытия (табл. 35).

Наиболее интенсивное влияние усталости на 7'кр отмечается на первых стадиях циклического нагружения [76, 78]. До 50% общего повышения критической температуры падает на первые 10—30% ресурса долговечности разрушающего числа циклов. При дальнейшем росте числа циклов предварительного циклического нагружения Ткр повышается менее интенсивно, вплоть до появления усталостной трещины. Сопоставление предельных Гкр вблизи усталостного разрушения гфи различных амплитудах напряжений позволяет предположить, что влияние трещин усталости на повышение критической температуры хрупкости зависит не только от их глубины, но и от предыстории нагружения, а именно — от амплитуды циклических напряжений.

На рис. 29, а показано влияние усталости на крити-, ческую температуру хрупкости основного металла ВСт.Зсп [103]. Максимальное повышение критической температуры хрупкости основного металла стали ВСт.Зсп под влиянием усталости составило 60°С (от —40°С в исходном состоянии до 20°С к моменту появления усталостной трещины). Эти данные можно сопоставить с результатами, полученными в работе [80] в подобных условиях, когда критическая температура хрупкости Гкр(а„1У = 2 кгс м/см2) стали Ст.Зсп повысилась от —32°С в исходном состоянии до —5°С после наг-ружения в зоне повреждаемости (0,7NP). Сопоставление влия-

снижалась на 268 Гц, а уровень напряжений на 9,8 %. Вследствие этого эффекта часть образцов иногда не разрушалась, но столь заметное снижение частоты ошибочно принималось как свидетельство появления усталостной трещины. И наоборот, для разрушенных образцов снижение фактических напряжений по сравнению с уровнем, заданным в начале испытаний, приводило к завышенной оценке циклической долговечности при этом уровне напряжений, а также пределов выносливости, что для ответственных деталей ГТД недопустимо. При введении охлаждения патрона до 773 К (относительная глубина охлаждения ?OXJI = (^max — гпатр)/*аюах = 0,5) эффект нестабильности жесткости заделки полностью устраняется (точка d). Интересно, что резонансная частота при столь глубоком охлаждении выше на 1,9 %, чем в идеальном неохлаждаемом образце с абсолютно жесткой заделкой.

Повышение температуры отпуска до 550°С и более приводит к коагуляции карбидной фазы, увеличивает способность стали к пластической деформации, что уменьшает сопротивление стали усталостному разрушению. Эти результаты подтверждаются приведенными выше данными о влиянии структуры углеродистой .стали на ее предел выносливости. Среда 3 %-ного раствора NaCI заметно, а 20 %-ного раствора Н2 SO4 резко снижает число циклов до зарождения трещины, уменьшая влияние структуры. В 20 Тоном растворе H2S04 вследствие наводороживания металла влияние содержания углерода и структуры металла на время до появления трещины проявляется слабо, так как числе циклов до появления усталостной трещины во всех случаях незначительное. Коррозионная среда, особенно на-водороживающая, увеличивает скорость роста усталостной трещины. Для стали У8 в различном структурном состоянии наблюдается определенная качественная корреляция между скоростью зарождения и скоростью роста усталостной трещины в указанных выше средах.

Наклёп посадочного конца шейки повышает стойкость поверхностного слоя против появления усталостной трещины. Рекомендуется про-

Появление трещин в хвостовиках происходит в зонах концентрации напряжений. На рис. 16.42 показан пример разрушения по третьему зубу хвостовика елочного типа и появления усталостной трещины по первому зубу.

На рис. 13.4.1 показаны дисковые образцы, позволяющие оценить трещиностойкость основного металла (А), различных зон сварного соединения (Б) и конструкционную трещиностойкость сварного штуцерного соединения (В). Образец закрепляют шарнирно по контуру (см, §6.5, рис.6.5.2) и нагружают циклически до появления усталостной трещины в заданной зоне сварного соединения. Затем закрепленный таким же образом образец подвергают испытаниям на коррозионное растрескивание.