Aviācijas dzinēja integrētā lāpstiņas gredzena plaisu analīzes metode

Uzlabojoties aviācijas dzinēju veiktspējai, vieglie un augstas efektivitātes materiāli turbīnu lāpstiņām ir kļuvuši par jaunu tendenci. Ar silīcija karbīdu ar garu šķiedru pastiprinātu titāna matricas kompozītmateriāli ir piesaistījuši lielu uzmanību, jo tiem ir laba svara samazināšanas iedarbība un spēja izturēt gredzenveida slodzes. Šim turbīnas lāpstiņu materiālam ir augsta izturība, augsta temperatūras izturība un lieliskas noguruma un šļūdes īpašības. Ražošanas process ietver titāna sakausējuma kalšanu lāpstiņas formā, lāpstiņas gredzenā atstājot spraugas, lai aizpildītu kompozītmateriālu, kas pēc tam tiek cieši savienots ar karstās izostatiskās presēšanas tehnoloģiju.

Šajā pētījumā tika pārbaudīts I asmeņu vibrācijas noguruma kalpošanas laiks, izmantojot FHT+HIP procesu, un lāpstiņas II, izmantojot tikai FHT procesu, un mērķa ciklu skaits bija 3 × 10 ^ 7. Asmens I pārtrauca testu ar 1,8 × 10^7 reizēm gala plaisas dēļ, savukārt asmens II izturēja testu. Izmantojot makroskopisko pārbaudi, lūzumu analīzi, materiālu testēšanu, mehānisko testēšanu un galīgo elementu simulāciju, tika analizēti lāpstiņas I plaisu raksturlielumi un cēloņi, lai noteiktu tā atteices režīmu.

1. Pārbaudes process un rezultāti

1.1 Makroskopiskā pārbaude

Asmens I plaisas fluorescences noteikšanas rezultāti ir parādīti 1. attēlā. Blakus lāpstiņas galam bija plaisas, un fluorescence parādīja, ka plaisas bija iekļuvušas lāpstiņas biezuma virzienā un plaisas atradās aptuveni 33 mm attālumā no lāpstiņas gala. asmens ieplūdes mala.

1.2. Lūzumu analīze

Lāpstiņas plaisa tiek atvērta, un lūzuma makromorfoloģija ir parādīta 2. attēlā. Lūzums ir pelēcīgi balts, un krāsa acīmredzami atšķiras no mākslīgi atvērtās vietas. Kopējās lūzuma svārstības ir nelielas, un izstarojošo šķautņu un noguruma loku īpašības ir acīmredzamas, kas liecina, ka lūzums ir noguruma plaisāšana. Koncentrējieties uz publisko numuru: vispirms divu mašīnu jauda, ​​brīva piekļuve masveida divu mašīnu datiem, koncentrējieties uz divu mašīnu zināšanām un galvenajām tehnoloģijām!

Lauka emisijas skenējošā elektronu mikroskopija (SEM) tika izmantota, lai mikroskopiski novērotu asmens plaisas lūzumu, un tika konstatēts, ka izstarojošās malas un noguruma loki saplūda uz asmens muguras virsmas, norādot, ka nogurums sākās no turienes un uzrāda viena avota funkcija. Avota apgabala atrašanās vieta tika parādīta 2. attēlā sarkanās līnijas apgabalā. Turpmākie pastiprinātie novērojumi parādīja, ka noguruma avota zonā nolietojums bija smags un netika novēroti acīmredzami metalurģiski defekti (melnās līnijas laukums 3.a attēlā). Enerģijas spektra analīzes rezultāti liecina, ka O saturs šajā reģionā ir acīmredzami augstāks nekā matricā, un citiem elementiem nav acīmredzamu anomāliju. Pagarinājuma zonā var redzēt skaidras noguruma joslas un sekundārās plaisas, kas vēl vairāk apstiprina lūzuma raksturu kā nogurumu (3.b attēls). Asmeņu apstrādes pēdas (4. att.) bija redzamas uz avota apgabala sānu virsmas, kam bija noteikts leņķis ar plaisu, norādot, ka plaisas rašanās veicināšana nebija nozīmīga. Noguruma avota apgabala makro pozīcija lāpstiņas aizmugurē ir parādīta 5. attēlā. Avota apgabals atrodas apmēram 15 mm no lāpstiņas gala gala virsmas un 20 mm no ieplūdes malas un sniedzas abās pusēs. asmens galu un ieplūdes malu.

Mehāniskās veiktspējas testi tika veikti I un II asmeņiem, no katra asmens paņemot 4 paraugus. Stiepes tests istabas temperatūrā tika veikts saskaņā ar HB 5143-1996 standartu, slodzes ātrums bija 1 mm/min, un katrā stāvoklī tika pārbaudīti divi paraugi. Rezultāti ir parādīti 2. tabulā. Augsta cikla noguruma tests istabas temperatūrā tika veikts saskaņā ar HB 5287-1996 standartu, un katram stāvoklim tika pārbaudīti divi paraugi. Rezultāti ir parādīti 3. tabulā.

I asmens tecēšanas robeža un stiepes izturība ir nedaudz zemāka nekā asmenim II, pagarinājums ir līdzīgs, bet sekcijas saraušanās acīmredzami atšķiras, un asmenim I nav acīmredzama kakla. Noguruma tests istabas temperatūrā parādīja, ka asmens I noguruma veiktspēja bija ievērojami zemāka nekā asmens II. Asmeņi, kas apstrādāti ar FHT, var atbilst testa prasībām 3 × 10 ^ 7 reizes, savukārt asmeņi, kas apstrādāti ar FHT+HIP, nevar atbilst testa prasībām, kas atbilst vibrācijas noguruma testa rezultātiem.

1.5. Stresa analīze

Asmens I plaisas lūzuma nogurums rodas no asmens aizmugurējās virsmas, un tam ir noteikts attālums no gala gala virsmas un asmens sāniem. Lai analizētu saistību starp noguruma izcelsmi un sprieguma sadalījumu, asmens virsmas sprieguma analīze tiek veikta ANSYS galīgo elementu simulācijas programmatūrā.

Lāpstiņas galīgo elementu modelī tīkla dalīšanai tika izmantots elements C3D10, kopā ar 12 035 elementiem un 48 216 mezgliem. Pirmās kārtas lieces vibrācijas režīms tika izmantots galīgo elementu simulācijas analīzei. Atskaites punkts bija ieplūdes malas asmeņa gals, un kā saknes balsts tika izvēlēts tapas daļas robežnosacījums. Sprieguma sadalījuma rezultāti ir parādīti attēlā. 8. Var redzēt, ka uz asmeņa ir trīs augsta sprieguma līmeņa punkti, maksimālais sprieguma punkts atrodas asmens aizmugurē, bet augstākais sprieguma punkts atrodas netālu no asmeņa gala virsmas un asmeņa baseina ieplūdes malas. pusē. Atbilstošās vietas ar augstu spriegumu ir parādītas 4. tabulā. Asmens I nogurums rodas no lāpstiņas aizmugures virsmas, un avota laukums ir aptuveni 15 mm no lāpstiņas gala gala un 20 mm no ieplūdes malas, kas būtībā ir konsekvents. ar asmens maksimālās sprieguma zonas C pozīciju.

2. Analīze un diskusija

Lūzumu analīze parāda, ka asmens I plaisu raksturlielumi atbilst augsta cikla noguruma raksturlielumiem, un darba ciklu skaits sasniedz 1,87 × 10 ^ 7 reizes. Asmeņi, kas apstrādāti ar FHT (termiskās apstrādes) procesu, var atbilst testa prasībām 3 × 10 ^ 7 reizes; Tomēr asmeņi, kas apstrādāti ar FHT + HIP (karstā izostatiskā presēšana), saplīsa jau pēc 3 × 10 ^ 6 cikliem, un to plastiskums un noguruma īpašības ievērojami samazinājās.

Lapa II tiek apstrādāta ar FHT procesu, veidojot neto groza struktūru, un smailā fāze tiek sadalīta graudos, kas uzlabo materiāla stiprības un noguruma īpašības. No otras puses, pēc FHT+HIP apstrādes I asmeņa graudi ievērojami pieaug, un sekundārā fāze tiek nepārtraukti sadalīta pie graudu robežas, kas noved pie tā, ka plaisa viegli izplatās gar graudu robežu, tādējādi samazinot noguruma pretestību.

Galīgo elementu analīze parāda, ka asmens maksimālais sprieguma punkts atrodas lāpstiņas aizmugurē, kas atbilst asmens plaisas I avota reģiona stāvoklim. Tas norāda, ka noguruma plaisu rašanās vieta ir maksimālā sprieguma zona. Ar HIP apstrādātu asmeni I graudu augšanas un nepārtrauktas fāzes pastāvēšanas dēļ šis apgabals ir vairāk pakļauts agrīnai noguruma plaisāšanai.

Rezultāti liecina, ka titāna sakausējuma sekundārā kalšana pēc novecošanas apstrādes var veicināt adatas fāzes sferodizāciju un veidot smalku pārejas stāvokļa ekviaksiālu struktūru. Lai gan šīs konstrukcijas izturība pret lūzumiem ir nedaudz zemāka nekā tīkla groza konstrukcijai, tā var būt piemērotāka integrētā asmeņu gredzena kalšanai. Tāpēc ir ieteicams pielāgot apstrādes secību un veikt sekundāro kalšanu pēc karstās izostatiskās presēšanas, lai izvairītos no nelabvēlīgas nepārtrauktas fāzes graudu robežu veidošanās un uzlabotu asmens vispārējo veiktspēju.

3. Secinājumi un priekšlikumi

1) Pēc FHT+ HIP apstrādes integrētā gredzenveida asmens plaisas īpašība ir augsta cikla nogurums, un noguruma plaisa rodas no maksimālās sprieguma zonas asmens aizmugurējā virsmā.

2) Pēc HIP apstrādes ir nepārtraukta plēve ar taisnu graudu robežu, kas ievērojami samazina noguruma pretestību un izraisa priekšlaicīgu noguruma plaisu rašanos.

3) Pēc karstās izostatiskās presēšanas procesa ieteicams veikt sekundāro kalšanas apstrādi, lai iegūtu smalku pārejas stāvokļa sferoidizētu struktūru, lai izvairītos no nepārtrauktas fāzes graudu robežu negatīvās ietekmes uz veiktspēju.