Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Причины неисправностей, отказов






И ДЕФЕКТОВ

­Для выявления неисправностей и дефектов, а также для разработки

технолоrии их устранения важно установить физические процессы,

приводящие к их появлению.

Среди отказов, которые MOryT возникнуть в эксплуатации, наибо-

лее серьезные связаны с разрушениями отдельных частей С силовые

элементы корпуса двиrателя, диски, лопатки). Различают разрушения

хрупкие (MrHoBeHHbIe разрушения), устШlOстные и под воздействием

длительной статической на2рузки.

Несмотря на совершенствование методов расчетов на прочность

наблюдается большое расхождение между расчетными и реальными

характеристиками. Кроме Toro, отмечается значительное рассеивание

характеристик, например выносливости диска, даже для одноrо и Toro

же типа двиrателя. Факторы, приводящие к снижению прочности

и долrовечности, MOryT быть связаны с нестабильностью свойств мате-

риалов, производства и условиями наrружения.

В двиrателестроении широко применяют высокопрочные, жаро-

прочные стали и сплавы, которые обладают высокими пределами

прочности, выносливости, сопротивлением термической усталости,

коррозионной стойкостью. Однако типичным и общим дефектом мате-

риалов TaKoro рода является их микроструктурная неравномерность,

вследствие чеrо возникают локальные зоны с пониженными механиче-

скими свойствами.

Как показывает опыт, прочность конструкций оказывается значи-

тельно меньшей, чем прочность материалов, из которых конструкция

изrотовлена. Причины этоrо заключаются во влиянии масштабноrо

фактора, наличии в деталях остаточных напряжений, анизотропии

свойств, различном состоянии поверхности, изменении свойств мате-

риалов в процессе эксплуатации. Учесть все эти факторы на стадии

проектирования и изrотовления практически невозможно. Наrpузки,

которые испытывают отдельные детали и узлы двиrателя, можно раз-

делить на две rруrJПЫ: постоянно действующие Сдетерминированные)

и случайные С стохастические). К первой rруппе относятся наrpузки

от аэродинамических сил на лопатки при установившихся режимах pa­

боты двиrателя, от центробежных сил вращающихся деталей. Величи-

ны этих наrpузок известны. Вторая rpуппа наrpузок носит случайный

характер. К ним относятся нarрузки на элементы компрессора, вызван-

ные косым обдувом воздухозаборника или стрельбой реактивными

снарядами. К этой rpуппе можно отнести наrpузки, связанные с дина-

мической неуравновешенностью ротора и колебаниями температуры

рабочеrо тела при смене режимов работы двиrателя.

Именно эта rруппа наrрузок вносит неопределенность в структуру

действующих наrpузок. Действующие эффективные силы являются ре-

зу льтатом сложения детерминированной и случайной Свибрационной)

наrрузок.

Входной спектр колебаний может вызвать в каком-либо элементе

Двиrателя наrрузки с пиком при определенной частоте, что будет при-

водить к соответствующим большим напряжениям.

Вопросы вибрационной прочности являются весьма важными

в обеспечении надежной работы лопаточных машин. Наибольшую

опасность представляют резонансные колебания лопаток. Мноrие дeTa­

ли rтд подверrаются действию высоких температур и аrpессивных

сред, циклических наrpузок. При высокой температуре активизируют­

ся диффузионные процессы в поверхностном слое деталей, в результа-

те чеrо происходит их обеднение леrирующими элементами и окисле-

ние. Ухудшаются механические свойства. При длительном наrружении

возникает ползучесть, которая становится одним из критериев, опреде­

ляющих работоспособность лопаток и дисков турбин. Тепловые воз-

действия снижают работоспособность трущихся пар.

Таким образом, одной из причин отказов является необратимое из-

менение характеристик материала во времени, вызванное происходя­

щими в изделиях физико-химическими процессами.

По в е л и ч и н е Д е Ф е к т ы твердоrо тела подразделяют на следую-

щие rруппы:

· дефекты атОМНО20 строения. Это особые зоны искажений aTOM­

ной решетки, содержащиеся в реальных кристаллах в OrpOMHbIX

количествах. В связи с этим особенно важно оценить тонкую

структуру поверхностноrо слоя, наиболее сильно подверrающе­

rося внешним воздействиям;

· наруш.ение сплошности материШlO8 микроскопичеСКО20 порядка.

К этой rруппе дефектов относят микроскопические трещины, по

размерам не превышающие предела разрешения оптическоrо

микроскопа «0, 2 мкм). Они MOryT образовываться по rраницам

кристаллов в процессе ero роста, а также в результате напряже-

ний, особенно знакопеременных. Субмикротрещины всеrда име­

ются в реальном металле в том или ином количестве. Такие тре-

щины образуются на поверхности и в rлубине деталей, как

в процессе изrотовления, так и в процессе эксплуатации под

действием внешнеrо наrpужения. Даже при незначительной rлу-

бине (несколько микрометров) эти трещины резко снижают

прочностные характеристики детали;

· макроскопические дефекты. Это различноrо рода нарушения

сплошности или однородности материала, часто видимые HeBOO­

руженным rлазом. Эти дефекты особенно резко снижают проч-

ность деталей и, как правило, при водят к разрушению при экс-

плуатации.

Бездефектных деталей не существует. Любая деталь, изrотовленная

самым тщательным образом, имеет дефекты aTOMHoro или субмикро-

скопическоrо порядка, которые под действием внешнеrо наrpужения

MOryT развиваться в микро- и макроскопические дефекты.

Поэтому улучшение характеристик деталей это, прежде Bcero, пол-

ное исключение наиболее опасных дефектов и сведение до HeKoToporo

разумноrо минимума содержания дефектов менее опасных.

Механизмы разрушения. При дефектации деталей в авиаремонт­

ном производстве учитывают всю их технолоrическую предысторию,

так как дефекты MOryT зарождаться на различных стадиях изrотовле-

ния и работы: в процессе плавки и литья, обработки давлением и реза­

нием, упрочняющих обработок и монтаже.

Конструктивные особенности определяются избранными принци-

пами сочетания противоречивых требований минимальной массы кон-

струкции с наибольшей прочностью и надежностью работы.

Конструкция деталей, работающих при вибрационных наrрузках,

должна удовлетворять требованиям максимальной разницы между соб-

ственной частотой колебаний и частотой вынужденных колебаний для

исключения возникновения резонанса. Однако каждая деталь имеет

несколько собственных частот и форм колебаний. Дефекты развивают-

ся прежде Bcero в зонах, rде напряжения от изrиба максимальны, Т.е.

в зонах «пучности», в которых кривизна детали максимальна.

Неисправности часто являются следствием повышенной чувстви­

тельности высокопрочных сталей к надрезам и трещинам.

Для правильноrо выбора методов контроля и ремонта важно знать

основные механизмы разрушения. Их можно разделить на две rpуппы:

объемные и поверхностные. В свою очередь конструкционные MaTe­

риалы можно разделить на три rpуппы: хрупкие, пластичные, полу-

хрупкие.

Хрупкими считаются материалы, которые при наrpужении дефор-

мируются в основном упруrо вплоть до разрушения. Деформация мо-

жет составлять около 1 %. Хрупкое разрушение характерно для боль­

шоrо количества высокопрочных сплавов, например, закаленных ста-

лей типа зохrсА. Характерной особенностью хрупкоrо разрушения

является быстрое развитие трещины в материале. Вероятность хрупко-

ro разрушения уrлеродистых сталей увеличивается при понижении

температуры, поэтому такое разрушение называют низкотемператур-

ным хрупким разрушением. Плоскость излома обычно нормальна

к поверхности детали. Пластическая деформация незначительна. Б6ль-

шая часть зерен разрушена сколом.

Хрупкое разрушение обычно начинается у конструктивных кон-

центраторов напряжения. Вероятность хрупкоrо разрушения мало из­

меняется со временем наработки детали. Холодная обработка и оста-

точные деформации повышают чувствительность к разрушению. Ни-

кель и марrанец уменьшают, а уrлерод увеличивает вероятность хруп-

Koro разрушения.

Разрушению пластичных тел предшествует значительная пласти-

ческая деформация. Трещина развивается медленно, а при уменьше-

нии наrрузки ее рост прекращается. Отсюда название ­ вязкое раз-

рушение.

Внешние признаки вязкоrо разрушения характеризуются следами

пластической деформации. Поверхности разрыва обычно невозможно

плотно приrнать друr к друry. Трещины вязкоrо разрушения зарожда­

ются в процессе пластической деформации, вследствие различия в уп­

руrих и пластических свойствах металла и включений при напряжени-

ях выше предела текучести.

Наиболее важной особенностью устШlOстНО20 разрушения являет-

ся зарождение трещины при напряжениях, значительно ниже разру-

шающих и ниже предела текучести. Такие трещины обычно зарожда-

ются в самом начале работы детали при числе циклов нarpужения, co­

ставляющих 1­10% долrовечности. Развитие трещины составляет

9­97o/0 от всей долrовечности детали.

Различают малоцикловую усталость, при которой усталостное по-

вреждение или разрушение происходит в основном при упруrом де-

формировании. При усталостном наrpужении значительно повышается

чувствительность материала к состоянию поверхности, наличию струк-

турных неоднородностей, коррозионному воздействию.

Мноrие детали rорячей части двиrателя разрушаются в результате

термической усталости, которая приводит к растрескиванию и короб-

лению лопаток сопловых аппаратов, разрушению рабочих лопаток,

растрескиванию и разрушению элементов дисков турбины. Термиче-

ская усталость возникает в результате циклических HarpeBoB и охлаж-

дений, которые сопровождаются термическими деформациями и тер-

мическими напряжениями из-за неравномерности HarpeBa. Интенсив-

ность воздействия таких дефектов непосредственно зависит от рабочей

температуры.

Термин «поверхностное разрушение» употребляется для Toro, что-

бы подчеркнуть, что в основе этих видов разрушений лежат механиз-

мы контактных взаимодействий поверхностей. Долrовечность работы

машин в основном определяется трением, смазкой и износом деталей.

Мноrие ответственные дороrостоящие детали часто отбраковываются

только из-за недостаточной поверхностной прочности.

Изнашивание ­ это процесс разрушения поверхностных слоев

при трении, приводящий к постепенному изменению размеров, формы,

состояния поверхности. Различают допустимый и предельный износ.

Численной оценкой износа является скорость изнашивания Сотношение

износа к интервалу времени, за который он возник) и интенсивность

изнашивания (отношение износа к объему изношенной поверхности).

Мноrообразие явлений и процессов при трении и изнашивании

связано в основном с особенностями строения поверхностных слоев

материалов и особенностями их KOHTanHoro напряжения.

Условия наrружения узлов трения характеризуются высоким уров-

нем случайных вибраций, что вызывает возникновение контактных на-

пряжений. Допустимым и очень распространенным при работе деталей

является окислительное изнашивание, представляющее собой непре-

рывный процесс образования и разрушения на поверхности трения

тончайших пленок окислов. Окислительное изнашивание возникает.

при трении скольжения и трении качения в условиях cyxoro контакта

при оrраниченной смазке. При незначительном темпе износа процессы

изнашивания приводят к образованию оптимальной по качеству по-

верхности.

Изнашивание при заедании возникает в результате схватывания,

rлубинноrо вырывания материала и переноса ero с одной поверхности

на друryю и воздействия возникающих неровностей на сопряrаемые

поверхности.

Усталосiпное изнашивание (осповидный износ или питтинr) харак-

терно для подшипников качения, зубчатых колес. У сталостный износ

является следствием интенсивноrо разрушения поверхности детали ма-

шин и обусловлен внутренними напряжениями, пластической дефор-

мацией, явлением усталости металла. Следствием этоrо является обра-

зование на поверхности трения МИКротрещин, единых и rрупповых

впадин. Основными причинами усталостноrо изнашивания являются

напряжения сжатия и сдвиrа, возникающие под действием передавае-

Moro усилия при одновременном качении и скольжении и достиrаю-

щие 1 oo­ 150 МПа, а также вследствие пластическоrо деформирова-

ния поверхностноrо слоя металла. В этом случае напряжения достиrа­

ют 200 МПа.

Абразивное изнашивание вызвано попаданием абразивной среды

в зону трения и заключается в разрушении поверхности деталей ма-

шин в результате местной пластической деформации, микроцарапин,

микрорезания.

Наиболее сложным является процесс ФеттИН2-КОРРОЗИИ, который

характерен для деталей, работающих в условиях микроперемещений,

вибраций. При этом на контактирующих поверхностях образуются

следы усталостноrо, абразивноrо и окислительноrо износов. Основной

причиной разрушения поверхностных слоев металла являются устало-

стные и коррозионные процессы.

При ФеттИН2-КОРРОЗИИ также создаются условия для электрохими-

ческих процессов. Феттинr­коррозия снижает циклическую долrовеч-

ность металла ориентировочно в 1, 5­2, 5 раза. Особое внимание при

дефектации детали необходимо уделять ведущему виду разрушения

поверхности, влияющему на долrовечность. Определение ведущеrо

процесса изнашивания при дефектации позволяет правильно выбрать

технолоrический процесс восстановления поверхности.

Для предотвращения феттинr-коррозии стремятся не допустить от-

носительное перемещение контактирующих поверхностей. Азотирова-

ние и боромеднение MOryT повысить стойкость К феттинr-коррозии в

пять-шесть раз.

Частным случаем химической коррозии является 2а30вая коррозия,

которой подвержены детали rорячей части rазотурбинноrо двиrателя.

Интенсивность rазовой коррозии зависит от состава rазовой среды,

температуры материала детали, так как rазовая коррозия обладает из-

бирательной интенсивностью по отношению к различным материалам.

в связи с циклическим характером изменения температуры в rорячем

тракте rтд корродирующие детали постоянно подвержены темпера­

турным деформациям. Так как коэффициент линейноrо расширения

металлов значительно выше, чем окислов, последние разрушаются, об-

нажая новые поверхности, которые вновь подверrаются коррозии. Как

правило, детали, подверrающиеся rазовой коррозии, испытывают зна-

чительные рабочие напряжения, что активизирует процесс коррозии.

Коррозия под напряжением может носить сплошной или местный

характер и называется растрескиванием Спри статических напряжени-

ях) или коррозионной усталостью (при циклическом характере напря­

жения). Сопротивление металлов rазовой коррозии в значительной

степени определяет их жаростойкость.

Коррозия деталей rтд может происходить также в среде топлив

и смазочных материалов. Коррозионная активность нефтепродуктов

обусловлена несколькими причинами. Прежде Bcero механизм корро-

зии связан с взаимодействием серы и ее соединений С сероводороды,

сульфиды, меркаптаны) с поверхностью металла, что приводит к обра-

зованию и последующему разрушению пористых, непрочных слоев

сульфидов.

В процессе окисления масел образуются низкомолекулярные ки-

слоты (масляная, Пропиновая, уксусная, муравьиная), которые весьма

аrрессивны к цветным металлам и сплавам. Коррозионная активность

масел значительно повышается при попадании в них воды. В этом слу-

чае наряду с химическим имеет место электрохимический механизм

коррозийноrо поражения.

Авиационные топлива, масла и жидкости, как правило, имеют при-

садки химически активных веществ, улучшающие их рабочие свойст-

ва. В то же время сера, содержащие серу вещества, хлор и ero соеди-

нения интенсифицируют коррозионное поражение деталей, особенно

из цветных сплавов. Кроме перечисленных повреждающих процессов,

разрушение деталей двиraтеля вызывается эрозией и кавитацией. Эро-

зия вызывается динамическим воздействием BbICOKOCKOpocTHoro пото-

ка жидкости или rаза на поверхность. Эрозии, например, подверrаются

лопатки статора и ротора, компрессора и турбины, поверхности Про-

точной части двиrателя, слои уплотнительных материалов проточной

части. Кавитация при водит к разрушению поверхностей rидравличе-

ских систем.

Одним из универсальных способов повышения прочности является

поверхностное упрочнение деталей путем наклепа. Степень упрочне-

ния должна повышаться с ростом концентрации напряжений.

­

 

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.022 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал