ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 103
Скачиваний: 0
сравнению с исходной твердостью, придаваемой материалу в процессе термической обработки.
Все современные жаропрочные сплавы относятся к классу дисперсионно-твердеющих с интерметаллидным упрочнением. Термообработка их состоит из закалки или двух закалок и старения. Цель такой термообработки состоит в переводе всех легирующих компонентов в твердый раствор с последующим выделением упрочняющих фаз в процессе старения. Твердость термообработаиного сплава определяется количеством и сте пенью дисперсности частиц интерметаллидной метастабильной фазы переменного состава на основе Ni3Al или Ni3(Al Ti). В про цессе работы лопатки турбины в двигателе в результате идущих при высокой температуре процессов диффузии сплав переходит в более стабильное состояние. Идет процесс старения сплава, при котором твердость на пере лопаток незначительно возрастает до определенной для каждого типа двигателя наработки, за ко торой может начаться плавное снижение твердости, как резуль тат коагуляции упрочняющей фазы.
Если в процессе работы двигателя лопатки турбины по ка кой-то причине нагрелись выше температуры устойчивого струк турного состояния сплава, происходит процесс быстрой коагу ляции или даже растворения частиц упрочняющей фазы в твер дом растворе, в результате чего сплав разупрочняется. При этом твердость некоторых сплавов может снижаться на 20— 30% по сравнению с исходной. Поэтому метод твердости для определения перегрева нашел широкое применение именно для этого типа сплавов.
В более жаропрочных сплавах при перегревах происходят аналогичные структурные изменения, однако вследствие более высокой степени легирования твердого раствора и большого ко личества упрочняющей фазы (30—60%) растворенные в резуль тате перегрева элементы фазы при охлаждении лопатки после перегрева вновь выделяются в виде интерметаллидов высокой степени дисперсности, в результате чего твердость восстанавли вается до исходных значений.
Таким образом, у сплавов этого класса при существенном изменении структуры в результате перегрева твердость практи чески не меняется. Поэтому метод твердости для определения перегрева турбинных лопаток не может быть рекомендован как основной для более жаропрочных сплавов.
В последнее время при исследовании перегрева лопаток тур бины все более широко используются структурные признаки пе регрева сплавов. Для некоторых распространенных сплавов ис следование микроструктуры является основным методом опре деления перегрева.
Несмотря на различия химического состава и свойств этих сплавов, все они относятся к классу дисперсионно-твердеющих жаропрочных сплавов на никелевой основе с интерметаллидным
240
упрочнением. Структура таких сплавов состоит из зерен аустени та, выделений упрочняющей интерметаллидной фазы в виде час тиц, равномерно распределенных по полю зерен аустенита, и сравнительно крупных кристаллов карбидов и карбонитридов, значительная часть которых сосредоточена по границам зерен.
Наиболее динамичной по отношению к температуре рассмат риваемых сплавов является упрочняющая фаза, представляю щая собой интерметаллидное соединение переменного состава на основе Ni3(Al, Ti) или №3А1 (у'-фаза). Поэтому методы опреде ления перегрева лопаток в значительной степени базируются на изучении изменений в у'-фазе и прежде всего количества ее и
состояния.
Частицы фазы меняют свои размеры, форму, состав и ха рактер связей с матрицей даже при нормальных рабочих темпе ратурах. Однако эти изменения достаточно медленные, и замет ное укрупнение и коагуляция (округление) частиц при условии работы лопатки в нормальном температурном режиме наблюда ются только после значительного времени работы, превышающе го ресурс.
Поэтому такими изменениями структур, происходящими в материале лопаток турбины при работе в нормальных темпера турных условиях, можно пренебречь. При перегреве лопаток тур бины, т. е. нагреве их до температуры, превышающей темпера туру сравнительно стабильного состояния сплава, происходит, с одной стороны, процесс быстрой коагуляции частиц упрочняю щей фазы, а с другой — растворение частиц ее в твердом рас творе основного материала. На определенном для каждого спла ва температурном уровне гетерогенное состояние сплава становится термодинамически невыгодным и все частицы у'-фа- зы переходят в твердый раствор. Сплав становится гомогенным.
В процессе охлаждения сплава после перегрева количество растворенных элементов, входящих в состав у'-фазы, становит ся избыточным и из твердого раствора выпадают частицы у'- фазы. Но количество частиц и особенно их размеры отличаются от исходных, сформированных специально подобранным режи мом термической обработки. Эти изменения, наблюдаемые при изучении структуры в электронном микроскопе или определяе мые при травлении микрошлифов, являются признаками пере грева (рис. 101 и 102). Другим структурным признаком перегре ва является рекристаллизация в местах пластической деформа ции материала лопаток. Рабочая температура лопаток турбины ниже температуры начала рекристаллизации их материала, по этому в процессе нормальной работы изменений размеров зерен не происходит. При нагреве до температуры начала рекристал лизации в зонах пластической деформации появляются участки мелкозернистой структуры, легко определяемые при наблюдени ях в световом микроскопе. Пластической деформации обычно подвергается поверхностный слой лопаток турбины при механи
241
Ультразвуковым методом контролируют лопатки роторов турбин и компрессоров авиационных двигателей, цельноштампо ванные кожухи камер сгорания двигателей, диски первой ступе ни компрессора, тормозные авиационные колеса, лопасти воз душных винтов, валы воздушных винтов, балки главных ног шасси, трубопроводы гидравлической, топливной, воздушной и других систем. При контролировании этим методом выявляются наружные и внутренние дефекты материала.
Цветным методом контролируются детали из жаропрочных алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. Этим методом обнаруживаются трещины усталости, трещины термического происхождения, волосовины и другие поверхностные дефекты (типа несплошностей материала) эксплуатационного и производ ственного характера.
Магнитному контролю подвергаются все остальные аварий ные детали. Этим методом обнаруживаются как трещины уста лости, так и дефекты типа несплошностей материала, не обна руженные на заводе.
Рентгено- и гамма-контроль применяется для проверки свар ных швов, жаровых труб, кожухов камер сгорания, корпусов компрессоров, топливных коллекторов и других деталей. Этим методом обнаруживаются непровары, прожоги, поры, шлако вые включения и другие дефекты. При рентгенотелевизионном контроле аварийные детали или их участки могут рассматри ваться с увеличением в 30 раз.
Токовихревой контроль используют для проверки аварийных деталей из немагнитных материалов: лопастей воздушных вин тов, обшивки, мембран и других деталей.
6.3. Применение трасологического метода при исследовании деталей отказавшей и аварийной авиационной техники
При исследовании отказавшей и аварийной авиационной тех ники наряду с другими известными методами все более широкое применение находят трасологические методы исследования.
Особое значение приобретает в последнее время отрасль кри миналистической техники — трасология [28]. Трасология — это отрасль техники, разрабатывающая средства и методы исследо вания следов-отображений для выявления обстоятельств их воз никновения, идентификации и установления групповой принад лежности образовавших их объектов.
Трасология, как учение о следах, дает возможность исследо вать любые следы на любом материале. В авиационной технике этот метод используется для исследования следов на металле, дереве, коже, ткани, резине, органическом стекле.
В широком смысле слова под следом понимают любой мате риальный признак, возникающий в результате тех или иных яв лений, связанных с происходящим событием.
244
В узком смысле слова следом называется отображение внеш него строения предмета на другом предмете или веществе. Такие следы дают возможность определить род, вид предмета, оставив шего след (по общим признакам внешнего строения), а также идентифицировать, т. е. установить тот предмет оставил след, или другой того же рода и вида (по индивидуальной совокупно сти частных признаков внешнего строения).
Трасология, как отрасль криминалистической техники, зани мается:
— механизмом образования следов, их классификацией; —■общими положениями о способах обнаружения, осмотре и
фиксации следов; —- основными положениями трасологической идентификации
иметодиками исследования следов-отображений;
—приемами обнаружения, фиксации, изъятия и трасологи ческого исследования следов.
Известно, что один и тот же объект в разных условиях мо жет образовать следы, различные как по своему виду, так и по отображению в них своего внешнего строения. Поэтому знание
механизма образования следов, их классификации позволяет в ряде случаев установить, каким образом и каким предметом на несен след.
В образовании следа участвуют по меньшей мере два объек та. Один из них, внешнее строение которого отображается в сле де, принято называть следообразующим, а другой, на котором образуется след — следовоспринимающим. Как правило, след образуется в результате непосредственного контакта объектов, участвующих в следообразовании. В зависимости от характера возникших на следовоспринимающем объекте изменений разли чают два основных вида следов: объемные и поверхностные.
Объемные следы — это такие отображения, которые возни кают в результате деформации следовоспринимающего объекта (вмятины, забоины, вдавленности и т. д.). Поверхностные сле ды — это такие отображения, которые возникают в результате изменения только состояния поверхности следовоспринимающе го объекта (потертости, соскобы, наслоения).
В зависимости от особенностей воздействия друг на друга объектов, образующих следы, последние могут появляться при статических и динамических соприкосновениях. При исследова нии деталей аварийной авиационной техники, как правило, встре чаются все эти разновидности следов.
Так, при установлении причины раскрутки оборотов на двигателе исследовались поверхностные следы-наслоения на стопорном кольце. Эти следы образовались в результате контак та стального стопорного кольца с поверхностью удерживаемой им алюминиевой заглушки. При изготовлении заглушки на ее поверхности от резца остаются концентрические выступы и ка навки. При эксплуатации двигателя материал заглушки по вы
2 4 5
ся пластилин, воск и специальные пасты. Сравнение этих слеп ков показало, что индивидуальные особенности контактной по верхности головки болта отразились на поверхности качалки в районе отверстия под болт (см. рис. 104). Это обстоятельство еще раз подтвердило, что исследуемый болт относится к данно му соединению.
При анализе следов скольжения, наиболее часто встречаю щихся при исследовании деталей, решаются следующие вопро сы:
—чем (какой деталью, каким местом детали) образован тот или иной след;
—в каком направлении двигался объект (деталь) в момент
образования следа;
—какой из следов (если их несколько) образован первона чально (дифференциация следов);
—при каких условиях образованы следы (до разрушения, в момент или после разрушения).
На все эти вопросы достаточно достоверно и убедительно удается получить ответ, применяя при исследовании авиационной техники криминалистические методы и, в частности, трасологи ческие исследования с использованием тех или иных приемов.
Большое значение для трасологического метода имеет пра вильное фотографирование исследуемых следов. При фотогра фировании следов необходимо правильно выбрать источник ос вещения и расположить его относительно следа. Например, при фотографировании следов скольжения точечный источник света располагается так, чтобы луч света падал перпендикулярно нап равлению движения, луч должен скользить по поверхности.
В ряде случаев применяется комбинированное освещение — сильный падающий свет в сочетании с более слабым, падающим косо (или наоборот).
Для получения снимков с металлических цилиндрических поверхностей (золотников) используется фотографирование ме
тодом перемещающегося блика — щелевой осветитель во время съемки передвигается вокруг цилиндрической поверхности и по является блик, неизбежный при неподвижном осветителе.
Для фотографирования люминесцирующих следов применя ются люминесцентные осветители.
В каждом конкретном случае должен применяться соответ ствующий метод освещения.
При сравнительном исследовании используют два метода совмещения:
оптический — на микроскопах МС-51 и МИС-10; фотографический — совмещение двух фотографических изоб
ражений, выполненных в одном масштабе.
Первый метод совмещения целесообразно применять всегда, как наиболее точный, но фиксируемый на фотопластинке размер следа ограничен полем зрения микроскопа.
2 4 7