Aviacinio variklio integruoto mentės žiedo įtrūkimų analizės metodas

Pagerėjus aviacinių variklių veikimui, lengvos ir didelio efektyvumo medžiagos, skirtos turbinų mentėms, tapo besivystančia tendencija. Silicio karbido ilgo pluošto sustiprintos titano matricos kompozitai sulaukė didelio dėmesio dėl gero svorio mažinimo efekto ir gebėjimo atlaikyti žiedines apkrovas. Ši turbinos menčių medžiaga pasižymi dideliu stiprumu, atsparumu aukštai temperatūrai ir puikiomis nuovargio bei šliaužimo savybėmis. Gamybos procesas apima titano lydinio kalimą į ašmenų formą, ašmenų žiede paliekant plyšius, kad būtų užpildyta kompozitinė medžiaga, kuri vėliau glaudžiai sujungiama karšto izostatinio presavimo technologija.

Šiame tyrime buvo išbandytas I ašmenų, naudojant FHT+HIP procesą, ir menčių II, naudojant tik FHT procesą, vibracijos nuovargio tarnavimo laikas, o tikslinis ciklų skaičius buvo 3 × 10 ^ 7. Ašmenys I nutraukė bandymą 1,8 × 10^7 karto dėl antgalio įtrūkimo, o ašmenys II išlaikė bandymą. Makroskopine apžiūra, lūžių analize, medžiagų bandymais, mechaniniais bandymais ir baigtinių elementų modeliavimu buvo išnagrinėtos I ašmenų įtrūkimo charakteristikos ir priežastys, siekiant nustatyti jo gedimo režimą.

1. Bandymo procesas ir rezultatai

1.1 Makroskopinė apžiūra

I ašmenų plyšio fluorescencijos aptikimo rezultatai parodyti 1 paveiksle. Netoli ašmenų galo buvo įtrūkimų, o fluorescencija parodė, kad įtrūkimai prasiskverbė į ašmenų storio kryptį, o įtrūkimai buvo maždaug 33 mm atstumu nuo ašmenų. ašmenų įleidimo kraštas.

1.2 Lūžių analizė

Ašmenų plyšys atidaromas, o lūžio makromorfologija parodyta 2 paveiksle. Lūžis yra pilkšvai baltas, o spalva akivaizdžiai skiriasi nuo dirbtinai atidarytos vietos. Bendras lūžio svyravimas yra nedidelis, o spinduliuojančių briaunų ir nuovargio lankų savybės yra akivaizdžios, o tai rodo, kad lūžis yra nuovargio įtrūkimas. Dėmesys viešajam numeriui: pirmiausia dviejų mašinų galia, nemokama prieiga prie didžiulių dviejų mašinų duomenų, sutelkite dėmesį į dviejų mašinų žinias ir pagrindines technologijas!

Lauko emisijos skenavimo elektronų mikroskopija (SEM) buvo naudojama mikroskopiškai stebėti ašmenų plyšį ir buvo nustatyta, kad spinduliavimo briaunos ir nuovargio lankai susiliejo ant ašmenų nugarinio paviršiaus, o tai rodo, kad nuovargis prasidėjo nuo ten ir atsirado vieno šaltinio funkcija. Šaltinio regiono vieta parodyta 2 paveiksle raudonos linijos srityje. Tolesnis stebėjimas parodė, kad nuovargio šaltinio srityje susidėvėjimas buvo didelis ir nepastebėta jokių akivaizdžių metalurginių defektų (juodos linijos sritis 3a pav.). Energijos spektro analizės rezultatai rodo, kad O kiekis šiame regione yra akivaizdžiai didesnis nei matricoje, o kiti elementai neturi akivaizdžių anomalijų. Išplėtimo srityje galima matyti aiškias nuovargio juostas ir antrinius įtrūkimus, dar labiau patvirtinančius lūžio pobūdį kaip nuovargį (3b pav.). Ašmenų apdirbimo žymės (4 pav.) buvo matomos šaltinio srities šoniniame paviršiuje, kuris turėjo tam tikrą kampą su įtrūkimu, o tai rodo, kad plyšio atsiradimo skatinimas nebuvo reikšmingas. Nuovargio šaltinio srities makro padėtis galinėje mentės pusėje parodyta 5 paveiksle. Šaltinio sritis yra maždaug 15 mm atstumu nuo ašmenų galo galinio paviršiaus ir 20 mm nuo įvado krašto ir tęsiasi į abi puses ašmenų antgalį ir įleidimo kraštą.

Mechaniniai eksploataciniai bandymai buvo atlikti su I ir II ašmenimis, iš kiekvieno peilio paimant po 4 mėginius. Tempimo bandymas kambario temperatūroje buvo atliktas pagal HB 5143-1996 standartą, apkrovos greitis buvo 1 mm/min., kiekvienoje būsenoje buvo išbandyti du mėginiai. Rezultatai pateikti 2 lentelėje. Didelio ciklo nuovargio bandymas kambario temperatūroje buvo atliktas pagal HB 5287-1996 standartą, ir kiekvienai būsenai buvo ištirti du mėginiai. Rezultatai pateikti 3 lentelėje.

I ašmenų takumo riba ir tempimo stipris yra šiek tiek mažesni nei II ašmenų, pailgėjimas yra panašus, tačiau sekcijos susitraukimas akivaizdžiai skiriasi, o ašmenys I neturi akivaizdaus iškirpimo. Nuovargio bandymas kambario temperatūroje parodė, kad ašmenų I nuovargio charakteristikos buvo žymiai mažesnės nei ašmenų II. Peiliai, apdoroti FHT, gali atitikti bandymo reikalavimus 3 × 10 ^ 7 kartus, o peiliai, apdoroti FHT + HIP, negali atitikti bandymo reikalavimų, o tai atitinka vibracinio nuovargio bandymo rezultatus.

1.5 Streso analizė

Ašmenų I plyšio nuovargis atsiranda dėl galinio ašmenų paviršiaus ir turi tam tikrą atstumą nuo galiuko galo ir ašmenų šono. Siekiant išanalizuoti ryšį tarp nuovargio kilmės ir įtempių pasiskirstymo, ašmenų paviršiaus įtempių analizė atliekama ANSYS baigtinių elementų modeliavimo programine įranga.

Baigtinių elementų modelyje tinklelio padalijimui buvo naudojamas C3D10 elementas, iš viso 12 035 elementų ir 48 216 mazgų. Pirmosios eilės lenkimo vibracijos režimas buvo naudojamas baigtinių elementų modeliavimo analizei. Atskaitos taškas buvo įleidimo krašto mentės galas, o kaiščio dalies ribinė sąlyga buvo pasirinkta kaip šaknies atrama. Įtempių pasiskirstymo rezultatai parodyti Fig. 8. Matyti, kad ant ašmenų yra trys aukšto įtempio lygio taškai, didžiausias įtempimo taškas yra galinėje ašmenų pusėje, o didesnis įtempimo taškas yra šalia galiuko galinio paviršiaus ir ašmenų baseino įleidimo krašto. pusėje. Atitinkamos didelio įtempimo vietos parodytos 4 lentelėje. I ašmenų nuovargis atsiranda dėl galinio ašmenų paviršiaus, o šaltinio plotas yra apie 15 mm nuo mentės galo ir 20 mm nuo įleidimo krašto, o tai iš esmės yra vienoda. su ašmenų didžiausios įtempimo zonos C padėtimi.

2. Analizė ir diskusija

Įtrūkimų analizė rodo, kad ašmenų I įtrūkimo charakteristikos atitinka didelio ciklo nuovargio charakteristikas, o darbo ciklų skaičius siekia 1,87×10^7 karto. Ašmenys, apdoroti FHT (terminio apdorojimo) procesu, gali atitikti bandymo reikalavimus 3 × 10 ^ 7 kartus; Tačiau peiliukai, apdoroti FHT+HIP (karštu izostatiniu presavimu), lūžo jau po 3×10^6 ciklų, o jų plastiškumas ir nuovargio savybės gerokai sumažėjo.

Lapas II yra apdorojamas FHT procesu, kad susidarytų tinklinė krepšelio struktūra, o smailioji fazė pasiskirsto grūduose, o tai pagerina medžiagos stiprumo ir nuovargio savybes. Kita vertus, po apdorojimo FHT+HIP, ašmenų I grūdeliai žymiai išauga, o antrinė fazė nuolat pasiskirsto ties grūdelių riba, todėl plyšys lengvai plinta išilgai grūdelių ribos, taip sumažinant atsparumą nuovargiui.

Baigtinių elementų analizė rodo, kad maksimalus ašmenų įtempimo taškas yra galinėje ašmenų pusėje, o tai atitinka ašmenų I įtrūkimo šaltinio srities padėtį. Tai rodo, kad didžiausia įtempių sritis yra labiausiai tikėtina vieta, kur gali atsirasti nuovargio įtrūkimų. Dėl grūdelių augimo ir ištisinės fazės HIP apdoroto peiliuko I srityje ši sritis yra labiau linkusi į ankstyvą nuovargio įtrūkimą.

Rezultatai rodo, kad antrinis titano lydinio kalimas po senėjimo gali paskatinti adatos fazės sferodizaciją ir sudaryti puikią pereinamosios būsenos lygiašę struktūrą. Nors šios konstrukcijos atsparumas lūžiams yra šiek tiek mažesnis nei tinklinio krepšio konstrukcijos, ji gali būti tinkamesnė integruotam peilių žiedo kalimui. Todėl rekomenduojama koreguoti apdorojimo seką ir atlikti antrinį kalimą po karšto izostatinio presavimo, kad būtų išvengta neigiamo nepertraukiamos fazės grūdelių ribos susidarymo ir pagerintumėte bendrą peilio veikimą.

3. Išvados ir pasiūlymai

1) Po apdorojimo FHT+ HIP, vientiso žiedinio ašmenų įtrūkimo savybė yra didelis ciklo nuovargis, o nuovargio įtrūkimas atsiranda dėl maksimalaus įtempimo zonos galiniame ašmenų paviršiuje.

2) Po HIP apdorojimo susidaro ištisinė plėvelė su tiesia grūdėtumo riba, kuri žymiai sumažina atsparumą nuovargiui ir sukelia per anksti nuovargio įtrūkimų atsiradimą.

3) Po karšto izostatinio presavimo proceso rekomenduojama atlikti antrinį kalimo apdorojimą, kad būtų gauta smulkios pereinamosios būsenos sferoidinė struktūra, kad būtų išvengta neigiamo ištisinių fazių grūdelių ribų poveikio veikimui.