Способ определения ресурса работы несущего элемента из жаропрочного термически упрочняемого алюминиевого сплава в конструкции летательного аппарата

 

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств металлов и может быть использовано при диагностировании фактического состояния конструкции летательного аппарата после определенной наработки в процессе профилактических осмотров самолета. Способ основан на сопоставлении удельной электропроводимости несущего элемента с предварительно полученной корреляционной зависимостью между удельной электропроводимостью и механическими свойствами материала. Отличие способа состоит в том, что указанную зависимость устанавливают для стадии перестаривания в различных состояниях термической обработки исходного материала. Удельную электропроводимость определяют методом вихревых токов. Установление корреляционной зависимости между увеличивающейся удельной электропроводимостью и уменьшающимися прочностными свойствами материала позволяет повысить надежность определения неразрушающим методом фактического состояния разупрочняющегося жаропрочного сплава в конструкции самолета. 2 ил.

Изобретение относится к области исследования физико-механических свойств металлов и может быть использовано при диагностировании методом вихревых токов фактического состояния конструкции летательного аппарата после определенной наработки в процессе профилактических осмотров конструкции.

Известен способ оценки фактического состояния летательного аппарата путем визуального осмотра конструкции для выявления поверхностных трещин, наличие которых определяет ресурс работы данного элемента конструкции (Туполев А.А., Сулименков В.В., Зельтин В.К. Повышение эксплуатационных характеристик материалов и эффективность конструкций пассажирских самолетов. В кн.: Металловедение алюминиевых сплавов. М.: Наука, 1985 г., с.22-40).

Недостатком известного способа оценки ресурса является возможность его применения только на стадии уже далеко зашедшего разрушения. Для греющихся конструкций, материал которых разупрочняется в процессе эксплуатации, несущая способность элемента конструкции может быть потеряна до появления трещины, что недопустимо из условий эксплуатации самолета.

Известен способ прогнозирования ресурса работы жаропрочного материала при определенных температурно-силовых условиях эксплуатации, заключающийся в экспериментальной оценке длительной прочности - времени до разрушения разрывного образца при определенной температуре испытания и постоянном напряжении растяжения. Например, длительная прочность прессованной полосы из жаропрочного алюминиевого сплава АК4-1ЧТ1 1351000 =320 МПа, т.е. при напряжении 320 МПа при температуре 135oC образец разрушается через 1000 часов (Бич Э.Н., Телешов В. В. Механические свойства сплава АК4-1ч при повышенных температурах. //Металловедение и термическая обработка металлов. 1983 г., N7, с.34-38).

Недостатком известного способа является необходимость экстраполяции полученных при кратковременных испытаниях результатов на значительно более длительные сроки эксплуатации натурных конструкций, а также неполное соответствие режимов испытания реальным условиям из-за нестабильности действующих на летательный аппарат температур и напряжений в процессе эксплуатации. Это приводит к неопределенности в оценке фактического состояния материала в конструкции на различных стадиях эксплуатации.

Известен способ неразрушающего контроля физико-механических параметров электропроводящих материалов, включающий определение на эталонном образце величины удельной электропроводимости и соответствующей ей величины контролируемого параметра, а также определение удельной электропроводимости контролируемого материала и использование полученных величин для определения контролируемого параметра (SU 1670572 A1, МКИ5 G 01 N 27/90, Бережницкий Л. Т. и др., 15.08.91 г.).

Недостатком известного способа является его низкая надежность оценки состояния несущего элемента конструкции конкретного летательного аппарата, поскольку в нем не регламентируется стадия старения, для которой устанавливается корреляционная зависимость, что влечет за собой неправильное определение момента исчерпания ресурса конструкции.

Предлагается способ определения ресурса работы несущего элемента из жаропрочного термически упрочняемого алюминиевого сплава в конструкции летательного аппарата, включающий определение удельной электропроводимости исходного материала и его механических свойств с получением корреляционной зависимости между ними, а также определение удельной электропроводимости материала в конструкции с последующим ее сопоставлением с корреляционной зависимостью, установленной для стадии перестаривания между увеличивающейся удельной электропроводимостью и уменьшающимися прочностными свойствами. Удельную электропроводимость исходного материала и материала конструкции определяют токовихревым методом. По полученному соотношению находят критическую величину удельной электропроводимости, соответствующую минимально допустимым для данной конструкции прочностным свойствам применяемого жаропрочного сплава при комнатной температуре, производят периодическое определение удельной электропроводимости материала в контролируемой точке элемента конструкции летательного аппарата после различной продолжительности эксплуатации и при достижении критической величины удельной электропроводимости судят об исчерпании ресурса.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что удельную электропроводимость исходного материала определяют токовихревым методом, корреляционнную зависимость устанавливают для стадии перестаривания между увеличивающейся удельной электропроводимостью и уменьшающимися прочностными свойствами в различных состояниях термической обработки исходного материала, по этому соотношению находят критическую величину удельной электропроводимости, соответствующую минимально допустимым для данной конструкции прочностным свойствам применяемого жаропрочного сплава при комнатной температуре, производят периодическое определение удельной электропроводимости материала в контролируемой точке элемента конструкции летательного аппарата после различной продолжительности эксплуатации и при достижении критической величины удельной электропроводимости судят об исчерпании ресурса.

Технический результат предлагаемого способа - повышение надежности в определении ресурса работы несущего элемента.

Предлагаемый способ позволяет на стадии перестаривания получать корреляционную зависимость между прочностными свойствами () и удельной электропроводимостью (), которая имеет вид, схематически представленный на фиг.1 прямой I. Зависимость обусловлена тем, что в процессе перестаривания происходит коагуляция частиц упрочняющих фаз и это структурное изменение вызывает рост удельной электропроводимости и снижение прочностных свойств.

Полученная после высокотемпературного старения взятых образцов из материала конструкции корреляционная зависимость моделирует влияние структурных изменений, происходящих в материале при более низких температурах в процессе эксплуатации, когда конструкция подвергается аэродинамическому нагреву.

Происходящее при этом постепенное разупрочнение материала в процессе длительной эксплуатации приводит в какой-то неопределимый заранее момент к снижению прочности до известной величины кр, минимально допустимой для данной конструкции по условиям ее расчета. Исходя из приведенной на фиг.1 зависимости I и известной величины кр находят критическую величину удельной электропроводимости кр. Измерение в процессе эксплуатации летательного аппарата (самолета) удельной электропроводимости элемента конструкции, для материала которого получена зависимость типа приведенной на фиг.1, позволяет отслеживать изменение состояния материала и при достижении кр снимать самолет с эксплуатации для ремонта в связи с исчерпанием ресурса данного элемента конструкции по ее несущей способности, поскольку прочностные свойства материала уже не соответствуют расчетным условиям.

Таким образом, в предлагаемом способе осуществляется диагностирование фактического состояния элемента конструкции из жаропрочного алюминиевого сплава, разупрочняющегося в процессе эксплуатации.

Пример осуществления.

Взяли катаную плиту толщиной 40 мм из жаропрочного алюминиевого сплава АК4-2ч состава 2,2% меди, 1,45% магния, 0,42% железа, 0,54% никеля, 0,18% кремния, 0,12% циркония и образцы из нее подвергли искусственному старению при температурах 180, 190, 200, 210 и 220oC с выдержкой от 8 до 96 часов. После искусственного старения были определены механические свойства на растяжение при комнатной температуре и удельная электропроводимость токовихревым методом на фрезерованной поверхности образцов прибором ИЭ-1 с комплектом эталонов.

По полученным данным установили корреляционные зависимости для стадии перестаривания между увеличивающейся удельной электропроводимостью () и уменьшающимися прочностными свойствами (в - временное сопротивление, 0,2 - предел текучести), представленные на фиг.2 и выражаемые управлениями в = 1361,0 - 39,9 , (1); 0,2 = 1962,9 - 66,2 , (2), которые рассчитали методом наименьших квадратов по экспериментальным данным.

Для подтверждения возможности моделирования высокотемпературным старением процессов распада твердого раствора во время длительной низкотемпературной выдержки образцы плиты выдерживали 1000 и 5000 часов при 150oC, после чего определили механические свойства и удельную электропроводимость. Как видно из фиг.2, соотношение между в,0,2 и удельной электропроводимостью в этом случае соответствует полученным при высокотемпературном старении корреляционным зависимостям.

По техническим условиям ТУ 1-83-88-93 плиты из сплава АК-2чТ1 должны иметь при комнатной температуре величину в 400 МПа и 0,2 325 Мпа. Следовательно, в процессе эксплуатации из-за достаривания разупрочнение материала ниже кр= 0,2 = 325 МПа недопустимо.

По корреляционной зависимости (2) на фиг.2 с использованием минимального значения кр= 325 МПа нашли соответствующую ей критическую величину удельной электропроводимости кр= 24,75 МСм/м, выше которой в процессе эксплуатации удельная электропроводимость не должна подниматься.

В дальнейшем, после изготовления из данной плиты элемента конструкции летательного аппарата и начала его эксплуатации, производят периодическое определение удельной электропроводимости в контролируемой точке элемента конструкции и при достижении критической величины удельной электропроводимости кр= 24,75 МСм/м судят о исчерпании ресурса, поскольку при этом прочностные свойства материала уже не соответствуют расчетным.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить надежность определения неразрушающим методом фактического состояния разупрочняющегося жаропрочного сплава и тем самым повышает надежность в определении ресурса работы несущего элемента из этого сплава в конструкции летательного аппарата.

Формула изобретения

Способ определения ресурса работы несущего элемента из жаропрочного термически упрочняемого алюминиевого сплава в конструкции летательного аппарата, включающий определение удельной электропроводимости исходного материала и его механических свойств с получением корреляционной зависимости между ними, а также определение удельной электропроводности материала в конструкции с последующим ее сопоставлением с корреляционной зависимостью, отличающийся тем, что удельную электропроводимость исходного материала определяют вихретоковым методом, корреляционную зависимость устанавливают для стадии перестаривания между увеличивающейся удельной электропроводимостью и уменьшающимися прочностными свойствами в различных состояниях термической обработки исходного материала, по этому соотношению находят критическую величину удельной электропроводимости, соответствующую минимально допустимым для данной конструкции прочностным свойствам применяемого жаропрочного сплава при комнатной температуре, производят периодическое определение удельной электропроводимости материала в контролируемой точке элемента конструкции летательного аппарата и при достижении критической величины удельной электропроводимости судят об исчерпании ресурса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для контроля анизотропии прочности твердых металлических и строительных материалов и изделий

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для определения концентрации паров ароматических углеводородов в атмосфере промышленных объектов и при экологическом контроле

Изобретение относится к измерительным приборам и может быть использовано для контроля жидких сред, например молочных продуктов

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений, а именно к способу определения толуола в воздухе, включающему подготовку пробы, модификацию электродов сорбентом, детектирование и регенерацию сорбента, при этом в качестве сорбента применяют органический оксид в количестве 10-15 мкг при расходе воздуха 0,10-0,20 дм3/мин

Изобретение относится к аналитической химии органических соединений, а именно к способу определения изобутилового спирта в газовой смеси легколетучих спиртов путем детектирования пьезоэлектрическим кварцевым сенсором, предварительно модифицированным активным сорбентом, при этом в качестве активного сорбента применяют силиконовое масло (лукооил) в количестве 10 - 15 мкг при содержании изобутилового спирта в газовой смеси легколетучих спиртов 20 - 80 об.%

Изобретение относится к пищевой промышленности и медицине и может быть использовано для определения примесных количеств малеиновой, фумаровой и щавелевой кислот в препарате кристаллической янтарной кислоты из фурфурола "ч" медицинского и пищевого назначения, ТУ 6-09-40-3237-87

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано в любой отрасли промышленности для исследования и контроля качества электропроводящих материалов, тканей, сред, структур и обладающих внутренней электропроводностью устройств

Изобретение относится к неразрушающим методам анализа материалов путем определения их физических свойств, в частности предела прочности

Изобретение относится к геофизике (гравиметрии, геомагнетизму), к общей физике и может быть использовано при определении взаимодействия материальных тел, при расчетах магнитной напряженности вращающихся тел, объектов, тяжелых деталей аппаратов, вращающихся с большой скоростью

Изобретение относится к способам анализа смесей газов с целью установления их количественного и качественного состава и может быть использовано в газовых сенсорах

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при диагностике действующих магистральных трубопроводов

Изобретение относится к области пиротехники, в частности к устройствам для изучения режимов горения пиротехнического состава и к устройствам для контроля качества пиротехнических составов, и может быть использовано для изучения режимов горения и контроля качества неэлектропроводных конденсированных пиротехнических систем, дающих при сгорании электропроводные продукты горения (шлаки)

Изобретение относится к способам определения содержания благородных металлов, находящихся в виде частиц в рыхлых средах

Изобретение относится к прикладной физике и химии и может быть использовано в конструкции интегрированной микрочиповой системы для тестирования
Наверх