Способ определения предельного времени наработки, при котором возможно продление ресурса изделий

 

Изобретение относится к области испытаний материалов и может быть использовано для определения времени наработки, по достижении которого возможно продление ресурса изделий, преимущественно из жаропрочных сплавов, применяемых для деталей горячего тракта газовых турбин. Сущность изобретения: из жаропрочных сплавов изготовляют опытные образцы и термообрабатывают их по режиму, применяемому для конкретных изделий, например, для лопаток газотурбинных двигателей. После этого образцы подвергают имитационным испытаниям по режимам эксплуатации изделий с временным шагом от общей долговечности с нарастанием времени наработки. Через каждый шаг, равный 5 - 10 часам, часть от общего числа образцов подвергают кратковременного разрушению при температуре имитационных испытаний. По результатам механических испытаний строят график зависимости σ_0,2/σ_в=f(τ), а за предельное время наработки принимают время, при котором σ_0,2/σ_в= 0,85 - 0,97. Применение способа позволяет с высокой точностью определять предельное время наработки изделий из жаропрочных сплавов, по достижении которого, посредством проведения восстановительной термовакуумной обработки ресурс изделий может быть продлен. 4 ил.

Изобретение относится к области испытаний материалов и может быть использовано для определения времени наработки, по достижению которого возможно продление ресурса изделий, преимущественно из жаропрочных сплавов, применяемых для деталей горячего тракта газовых турбин.

Известен способ определения повреждаемости металла конструкции, согласно которому, с целью повышения точности за счет учета момента перехода микродефектов в микротрещину определяют экстремальные значения зависимостей от температуры предельных коэффициентов поперечного сужения при двух разных временах нагружения (авт. св. СССР N 1651150, G 01 N 3/32, 1989).

Известное техническое решение позволяет с высокой точностью определить момент повреждения металла изделия в процессе его эксплуатации, на основании чего можно судить о ресурсе работы изделия.

Однако известный способ неприменим для определения критического времени в процессе эксплуатации изделия, по достижении которого возможно продление срока службы изделия посредством проведения восстановительной термической обработки.

Наиболее близким к предложенному является способ определения предельного времени наработки, при котором возможно продление ресурса изделий посредством проведения восстановительной термовакуумной обработки.

Согласно известному способу опытные образцы из жаропрочных сплавов, термообработанные по режиму изделия, подвергают имитационным испытаниям по режимам эксплуатации изделия с временными шагами, составляющими части от предельной долговечности изделия. После каждого шага с нарастанием времени наработки образцы подвергают металлографическому анализу и по изменению микроструктуры судят о предельном времени наработки, при котором возможно продление ресурса изделий (патент Франции N 2572738).

Однако известное техническое решение, основанное на металлографическом анализе элементов структуры жаропрочных сплавов, является весьма грубым инструментом для определения предельного времени наработки, по достижении которого сохраняется возможность продления ресурса изделий из жаропрочных сплавов по средством проведения восстановительной термовакуумной обработки.

Так, в случае реализации известного способа, возможность восстановления деталей из жаропрочных сплавов ЭП742 и ЭИ698, испытанных на длительную прочность, ограничена временем (0,3-0,4)τ_р Таким образом, для продления срока службы деталей в 1,5 2 раза с помощью этого способа необходимы 3 4 цикла восстановительной термовакуумной обработки.

Очевидными недостатками подобного процесса являются его большая трудоемкость и низкая экономическая эффективность, т.к. при этом, в частности, предполагается многократная разработка и повторная сборка двигателя.

Цель изобретения более точное определение предельного времени наработки, по достижении которого возможно продление ресурса изделий из жаропрочных сплавов.

Указанная цель достигается тем, что из жаропрочных сплавов изготовляют опытные образцы и термообрабатывают их по режиму, применяемому для конкретных изделий, например для лопаток газотурбинных двигателей.

После этого образцы подвергают имитационным испытаниям по режимам эксплуатации изделий с временным шагом от общей долговечности с нарастанием времени наработки.

Через каждый шаг, равный 5 10 ч, часть от общего числа испытуемых образцов подвергают кратковременному разрушению при температуре имитационных испытаний. По результатам испытаний строят график зависимости σ_0,2/σ_в=f(τ), а за предельное время наработки принимают время, при котором σ_0,2/σ_в= 0,85-0,97. За период времени, для которого σ_0,2/σ_в< 0,85 изделие еще недостаточно полно выработало свой ресурс. Если указанное соотношение > 0,97, в металле изделия начинают происходить необратимые изменения, которые уже невозможно исправить восстановительной обработкой.

Из сплавов ЭИ698 и ЭП742 изготавливают опытные образцы для механических испытаний, которые подвергают стандартным термическим обработкам, применяемым для данных сплавов (по 60 образцов на каждый вариант термической обработки).

Сплав ЭИ698.

Термическая обработка N 1: закалка 1120^oС, 8 ч + 1000^oС, 4 ч; старение 800^oС, 16 ч + 750^oС, 16 ч.

Термическая обработка N 2: закалка 1120^oС, 8 ч + 1000^oС, 4 ч; старение 775^oС, 16 ч + 700^oС, 16 ч.

Термическая обработка N 3: закалка 1120^oС, 8 ч + 1000^oС, 4 ч; старение 800^oС, 16 ч.

Cплав ЭП742.

Термическая обработка N 4: закалка 1140^oС, 8 ч + 1050^oС, 4 ч; старение 750^oС, 8 ч.

Охлаждение при закалке и старении проводят на воздухе.

После проведения первичной термической обработки каждую группу образцов подвергают имитационным испытаниям по режиму эксплуатации изделий: для сплава ЭИ698 Т 750^oС; σ = 440 МПа для сплава ЭП742 Т 750^oС; σ= 540 МПа Через каждые 5 10 ч по 3 образца каждого сплава подвергают кратковременному разрушению при температуре имитационных испытаний, по результатам которых определяют механические свойства и строят график зависимости σ_0,2/σ_в=f(τ) (фиг.1 4).

По этим графикам определяют предельное время наработки, для которого должно выполняться соотношение σ_0,2/σ_в= 0,85-0,97. Так, для сплава ЭИ698 в зависимости от первичной термообработки предельное время наработки равно: термообработка N 1: τ_пред=80-85 ч, что составляет (0,72-0,77)τ_р; термообработка N 2: τ_пред= 60-70 ч, что составляет (0,49-0,58)τ_р; термообработка N 3: τ_пред= 75-80 ч, что составляет (0,62-0,66)τ_р.
Для сплава ЭП742:
термообработка N 4: τ_пред= 75-85 ч, что составляет (0,71-0,81)τ_р.
Проведенная после имитационных испытаний восстановительная термовакуумная обработка, как показали результаты механических испытаний, позволила практически полностью восстановить эксплуатационные свойства сплавов, а, следовательно, и продлить ресурс изделий.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет с высокой точностью определять предельное время наработки изделий из жаропрочных сплавов, по достижении которого, посредством проведения восстановительной термовакуумной обработки ресурс изделий может быть продлен.

Формула изобретения

Способ определения предельного времени наработки, при котором возможно продление ресурса изделий, преимущественно из жаропрочных сплавов, включающий приготовление опытных образцов, их термическую обработку по режиму изделий, имитационные испытания в условиях эксплуатации изделий с временным шагом от общей долговечности, испытания образцов после каждого шага с нарастанием времени наработки и определение по результатам испытаний предельного времени наработки, отличающийся тем, что после каждого шага образцы подвергают кратковременному разрушению при температуре имитационных испытаний, определяют σ_0,2 и σ_в, строят график зависимости σ_0,2/σ_в=f(τ), а предельное время наработки определяют из условия выполнения соотношения σ_0,2/σ_в= 0,85-0,97.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4