Исследования влияния кристаллографической ориентации монокристаллического сплава на характеристики МЦУ (2022)
Выполнены экспериментальные исследования характеристик малоцикловой усталости сплава с моно -кристаллической структурой ЖС32-ВИ. Построены кривые малоцикловой усталости для трех кристалло-графических ориентаций: [001], [011], [111]. Определены константы тензора упругих податливостей для конкретной выборки образцов.
Проанализирована зависимость между характеристиками малоцикловой усталости и упругими свойствами сплава. Предложен подход, позволяющий построить кривую малоцикловой усталости для произвольной кристаллографической ориентации.
Идентификаторы и классификаторы
Ужесточение требований к газотурбинным двигателям, в частности повышение температуры газа на входе в турбину, а также тенденция к увеличению ресурса двигателя обуславливают повышение требований к рабочим сплавам всех деталей, и в частности лопаток турбины
высокого давления (ТВД).
Список литературы
1. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов / Р.Е. Шалин, И.Л. Светлов, Е.Б. Качанов, В.Н. Толорайя, О.С. Гаврилин. М. : Машиностроение, 1997. 336 с.
2. Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М. : Машиностроение, 1998. 464 с.
3. Механические свойства монокристаллического никелевого жаропрочного сплава, содержащего рений и рутений / Светлов И.Л., Петрушин Н.В. и др. // Деформация и разрушение материалов. 2008. № 11. C. 26–35.
4. Голубовский Е.Р., Светлов И.Л., Епишин А.И. Влияние кристаллографической ориентации на прочностные характеристики монокристаллов никелевого жаропрочного сплава // Научные труды / МАТИ. 2005. Вып. 8 (80). С. 22–27.
5. Голубовский Е.Р., Жуков Н.Д. Экспериментальное исследование многоцикловой усталости монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов // Вопросы авиационной науки и техники. Сер.: Авиационное двигателе - строение / ЦИАМ. 2006. Вып. 4 (1327): Проблемы конструкционной прочности современных ГТД : сборник статей под ред. А.Н. Петухова. С. 62–70.
6. Dalal R.P., Thomas C.R., Dardi L.E. The effect of crystallographic orientation on the physical and mechanical properties of an investment cast single crystal nickel-base superalloy // Superalloys 1984 : proceedings of the Fifth International
Symposium on Superalloys, Champion, PA, October 7–11, 1984 / ed. M. Gell et al. Warrendale, PA, USA : TheMetallurgical Society of AIME, 1984. P. 185–197.
7. Gabb T.P., Welsch G. The high temperature deformation in cyclic loading of a single crystal nickel-base superalloy // Acta Metallurgica. 1989. Vol. 37, no. 9. P. 2507–2516.
8. Gabb T.P., Gayda J., Miner R.V. Orientation and temperature dependence of some mechanical properties of the single crystal nickel-base superalloy René N4: Part II. Low cycle fatigue behavior // Metallurgical Transactions A. 1986. Vol. 17. P. 497–505.
9. Mughrabi H., Kraft S., Ott M. Specific aspects of isothermal and anisothermal fatigue of the monocrystalline nickelbase superalloy CMSX-6 // Superalloys 1996 : proceedings of the Eighth International Symposium on Superalloys, Seven Springs Mountain Resort, Champion, PA, USA, 22–26 September 1996 / ed. R.D. Kissinger et al. Pittsburgh, PA, USA : Minerals, Metals & Materials Society, 1996. P. 335–344.
10. MacLachlan D.W., Knowles D.M. Fatigue behaviour and lifing of two single crystal superalloys// Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 2001. Vol. 24, no. 8. P. 503–521.
11. Moss S.J., Webster G.A., Fleury E. Creep deformation and crack growth behavior of a single crystal nickel-base superalloy // Metallurgical and Materials Transactions A. 1996. Vol. 27, no. 4. P. 829–837.
12. Development of the rhenium-containing superalloys CMSX-4 and CM 186 LC for single crystal blade and directionally solidified vane applications in advanced turbine engines / K. Harris, G.L. Erickson, S.L. Sikkenga, W.D. Brentnall, J.M. Aurrecoechea and K.G. Kubarych // Superalloys 1992 : proceedings of the Seventh International Symposium on Superalloys … held September 20–24, 1992 at the Seven Springs Mountain Resort, Champion, PA / ed. S.D. Antolovich et al. Warrendale, PA, USA : The Minerals, Metals and Materials Society, 1992. P. 297–306.
13. Microstructural degradation of CMSX-4: kinetics and effect on mechanical properties / A. Epishin, T. Link, M. Nazmy, M. Staubli, H. Klingelhöffer, G. Nolze // Superalloys 2008 : proceedings of the Eleventh International Symposium on Superalloys … held September 14–18, 2008 at the Seven Springs Mountain Resort, Champion, Pennsylvania, USA / ed. R.C. Reed et al. Champion, PA, USA : The Minerals, Metals and Materials Society, 2008. P. 725–731.
14. О фазовых и структурных превращениях в жаропрочных ренийсодержащих сплавах монокристаллического строения / Н.В. Петрушин, Е.С. Елютин, Е.Б. Чабина, О.Б. Тимофеева // Литейное производство. 2008. № 7. С. 1–7.
15. Структура и фазовый состав монокристаллического сплава ВЖМ-4 с газоциркуляционным защитным покрытием / В.П. Кузнецов, В.П. Лесников, И.П. Конакова, Н.В. Петрушин, С.А. Мубояджян / Металловедение и термическая обработка металлов. 2011. № 3 (669). С. 28–32.
16. Bhadeshia H.K.D.H. Nickel based superalloys / Materials Science & Metallurgy, University of Cambridge // University of Cambridge : website. URL: https://www.phase-trans.msm.cam.ac.uk/2003/Superalloys/superalloys.html (accessed: 01.11.2022).
17. Neumann F.E. Vorlesungen über die Theorie der Elastizität der festen Körper und des Lichtäthers : gehalten an der Universität Künigsberg. Leipzig : druck und verlag von B.G. Teubner, 1885. XIV, 374 p.
18. Elastic properties and determination of elastic constants of nickel-base superalloys by a free-free beam technique / W.Hermann, H.G. Sockel, J. Han, and A. Bertram // Superalloys 1996 : proceedings of the Eighth International Symposium on Superalloys, Seven Springs Mountain Resort, Champion, PA, USA, 22–26 September 1996 / ed. R.D. Kissinger et al. Pittsburgh, PA, USA : Minerals, Metals & Materials Society, 1996. P. 229–238.
19. Некоторые особенности формирования монокристаллических отливок на примере безуглеродистого сплава ВЖМ-5 / В.Н. Толорайя, А.Н. Петухов, М.Е. Колотников, С.В. Харьковский, Г.А Остроухова // Вiсник двигунобудування. 2011. № 2. С. 234–238.
20. ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. М. : Издательство стандартов, 1986. 25 с. Издание с Изменением № 1, утвержденным в декабре 1985 г. (ИУС 3-86).
21. ASTM E606-04. Standard practice for strain-controlled fatigue testing. 2004. 16 p.
22. Соловьев А.Е., Голынец С.А., Хвацкий К.К. Анизотропия характеристик упругости при растяжении монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов // Труды ВИАМ : электрон. науч.-техн. журн. 2017. № 10 (58). С. 112–118. Ст. 12. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения: 01.11.2022). DOI 10.18577/2307-6046-2017- 0-10-12-12.
23. Markham M.F. Measurement of elastic constants by the ultrasonic pulse method // British Journal of Applied Physics. 1957. Vol. 8, no. S6. P. S56–S63.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В работе представлен метод лазерного ножа для оценки неравномерности концентрации сферических частиц в потоке. Рассмотрено влияние угла рассеивания по отношению к наблюдателю на результат исследований, и выведена формула кривой, для которой угол рассеивания будет постоянным для наблюдателя. Предложен метод, позволяющий производить оценку неравномерности концентрации частиц в потоке с постоянным углом рассеивания для всех точек в плоскости лазерного ножа.
Оценены энергетические затраты на производство газообразного водорода, его сжижение и хранение. Проведено сравнение по этому показателю водородного и традиционного топлива, используемого в авиации, – авиационного керосина.
Проведены сравнительные экспериментально-расчетные исследования динамического модуля упругости металлических сплавов для выявления наиболее надежного способа его определения: по скорости распространения ультразвуковых волн в материале, по частоте резонансных и затухающих колебаний консольно закрепленного образца и по частоте колебаний подвешенного на нитях образца после импульсного воздействия. Расчеты проводили аналитически и по конечно-элементным 3D-моделям образцов обратным методом последовательных приближений, варьируя значения модуля упругости до совпадения расчетных и экспериментальных частот колебаний. Показано, что на точность определения динамического модуля упругости значительно влияют условия возбуждения колебаний, способы закрепления образца и технологический разброс размеров. Погрешность определения при нормальной температуре может достигать ± 10%. Наиболее надежным оказался способ определения динамического модуля упругости по спектру колебаний подвешенного на нитях образца. В связи с появлением противоречивых публикаций проведено сравнение модулей упругости, определенных динамическим и статическим методами испытаний. Подтверждено, что для исследованных сплавов на основе титана (ВТ6Л) и алюминия (Д16) динамический модуль упругости при нормальной температуре несколько выше статического.
В АО «ОДК-Авиадвигатель» было обнаружено, что причиной появления в газотурбинном двигателе сигнала «стружка в масле» может быть попадание частиц износа истираемого покрытия, используемого в межвальном лабиринтном уплотнении. Данный дефект приводит к загрязнению масляной системы и возможному попаданию частиц износа в опоры, что снижает ресурс подшипников. Для анализа этого дефекта был выполнен трехмерный газодинамический расчет течения воздуха в межвальной полости.
По результатам расчетных работ определены причины попадания частиц износа истираемого покрытия в маслосистему, а также предложено мероприятие для устранения данного дефекта.
Статья посвящена системам вибродиагностики трансмиссий вертолетов как важнейшему элементу обеспечения безопасности полетов и повышения надежности винтокрылых аппаратов. Повышать эффективность таких систем можно как развивая методы анализа и обработки сигналов, повышая точность измерительной аппаратуры, так и развивая динамические модели, позволяющие установить физическую взаимосвязь между дефектом в детали трансмиссии и изменением динамического отклика системы. В статье представлен обзор перспективных методов анализа вибраций в частотной и временной области, возникающих в процессе работы трансмиссий. Также описаны подходы на основе нейронных сетей, которые позволяют прогнозировать состояние по совокупности диагностических признаков, полученных путем обработки вибросигналов. Представлены результаты расчетно-экспериментального исследования, посвященного формированию диагностического признака усталостного разрушения зубьев колес.
Приведены результаты баллистических испытаний по забросу аккумуляторных батарей беспилотного летательного аппарата (БПЛА) – квадрокоптера – на пластины, имитирующие рабочие лопатки вентилятора ТРДД. Предложена математическая модель батареи в виде корпуса с электролитом, и проведена ее валидация.
На основе экспериментально обоснованной модели аккумуляторной батареи построена математическая модель БПЛА массой 1,28 кг. Выполнено расчетное моделирование попадания БПЛА в рабочее колесо вентилятора ТРДД, которое показало возможность повреждения рабочих лопаток, подобного повреждению от попадания крупной птицы массой 2,75 кг.
Издательство
- Издательство
- ЦИАМ
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111116, Москва, Авиамоторная, 2
- Юр. адрес
- 111116, г Москва, р-н Лефортово, ул Авиамоторная, д 2
- ФИО
- Козлов Андрей Львович (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- info@ciam.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 7636167
- Сайт
- https://ciam.ru/