РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ, УСТАТКУВАННЯ ТА МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Сталі та сплави для виготовлення кріпильних деталей авіадвигунів
Для проведення досліджень з вивчення впливу технології виготовлення та умов експлуатації на структуру, фізико-механічні властивості та довговічність кріпильних деталей авіаційних двигунів використовувались натуральні зразки нормалей, виготовлені із високолегованих, жароміцних та корозієстійких сталей та хромонікелевих сплавів таких марок: 10Х11Н23Т3МР, 13Х11Н2В2МФ, ХН73МБТЮ (таблиця 2.1 і 2.2).
Таблиця 2.1
Механічні властивості досліджуваних сплавів
МатеріалМеханічні властивості?т, МПа?в, МПа?в756, МПа?, %?, %КСU, кДж/м210Х11Н23Т3МР600900-81050013Х11Н2В2МФ750950-1455900ХН56ВМТЮ650100075025-750ХН73МБТЮ80012101050312472038ХА786932-1240882 Досліджувані сталі і сплави містять такі леговані елементи, що забезпечують їх жароміцність, корозієстійкість, окалиностійкість та високі механічні властивості.
Виготовлення зразків проводилось на Луцькому ремонтному заводі "Мотор", який займається ремонтом авіаційних двигунів, за стандартними загально використовуваними технологіями виготовлення різьбових з'єднань [1].
Як відомо, обробка різанням, в тому числі і нарізання різі жароміцних аустенітних сталей, пов'язана зі значними труднощами, поверхня різання при цьому дуже шорстка, помітні значні відриви матеріалу та задирки. Тому різь на кріпильні деталі наносять методом накатування [61] з допомогою верстатів типу PTW-12X-32/4KW. При цьому поверхня різі виглядає ідеально гладкою, має достатню глибину і строго періодичний крок, що дозволяє виконувати надійне кріплення з потрібною затяжкою скріплювальних деталей. Однак технологія нанесення різі спричиняє суттєві пошкодження структури металу у приповерхневому шарі на глибину 500 мкм і більше. В результаті пластичної деформації при нанесенні різі у приповерхневому шарі металу з?являються періодичні зони з напруженнями розтягу і стиску та підвищеною густиною дислокацій (?1012см-2).
На одній частині зразків різьба наносилась методом нарізання на токарному гвинтонарізному верстаті модель 1К62 ?77, 78? та 16К20. На іншій частині різьба виконувалась методом накатування за допомогою різьбонакатного станка РТW-12Х-3214КW. Досліджувались зразки, як нові так і ті, що відпрацювали певний технічний ресурс і були зняті з двигуна, причому брались зразки різні за призначенням (табл. 1.1).
Нові зразки виконувались в такій послідовності: заготовки піддавались термообробці після якої проводилась піскоструминна обробка, далі наносилась різь, після чого наносилось потрібне покриття [61] в електрогальванічних ваннах [73], яке закріплювалось термообробкою [17, 48, 82]. Для дослідження впливу середовища на мікроструктуру та фізико-механічних властивості для однієї партії зразків створювались штучні робочі умови, для чого затягнуті зразки поміщалися в піч з температурою 800-900?С, в піч подавали краплями авіаційний гас. В таких умовах зразки витримували 80 годин. Таким чином вдавалося уникнути вібрацій, які мають місце під час експлуатації двигунів і дослідити вплив на структуру і механічні властивості середовища, що містить вуглеводні та продукти їх згоряння.
2.2. Методи структурного та металографічного аналізу
Основою для проведення структурного аналізу служила оптична металографія. Дослідження проводились з допомогою оптичних мікроскопів: МИМ-8, МИМ-10 при збільшенні у 200-400 разів, що дало можливість вивчити та аналізувати стан міжзеренних границь, форму та розмір зерен, а також виділення та розподіл вторинних карбідних та боридних фаз.
Вивчення мікроструктури хромонікелевих заготовок та жароміцних сталей проводилось на мікрошліфах з нормалей, виготовлених різними способами, а також для зразків, які піддавались екстремальним робочим умовам (при температурі 900?С та в напруженому стані) (рис. 2.2). Дослідний матеріал містить у собі включення карбідів, тому виготовлення мікрошліфів вимагає спеціальних методів доведення до якісного стану. Виготовлення зразків для проведення структурного аналізу проводили методами, що використовуються в металографії [83].
Рис. 2.2. Схема навантаження зразка
Тонко відшліфовані мікрошліфи за відомою методикою піддавались поліруванню на тонкому друкарському папері з алмазною пастою.
Вивчення мікроструктури отриманих мікрошліфів першочергово проводилось на нетравленій поверхні. Структура металічної матриці сплавів вивчалась після хімічного травлення шліфів. Травлення шліфів проводилось реактивом Васильєва [84, 85], при кімнатній температурі з нанесенням краплі травника на поверхню мікрошліфа протягом 10-15с. Після чого травник змивали проточною водою, а шліф висушували фільтрувальним папером. Для виявлення ?-фази користувались травником: 5% HCl, 10% гліцерину в метиловому спирті [84, 85].
Макроструктурні дослідження металів і сплавів полягають у вивченні їх будови та структури неозброєним оком або за допомогою невеликих збільшень (до 30 раз) з допомогою лупи чи спеціального мікроскопа.
Макроаналіз дав можливість виявити та визначити різні дефекти, які виникли на різних етапах виробництва заготовок та виробів, і дозволив оцінити дефектність металу після попередньої обробки (різання, термічна і хіміко-термічна обробка та ін.), структуру та хімічну неоднорідність, причини та характер руйнування, тріщини, пористість.
Макрошліфи для досліджень в даній роботі виготовлялись з врахуванням вимог заводської інструкції. При контролі зразків оцінка макроструктури проводилась візуально по фотографіях, виконаних в натуральну величину або із вказаним масштабом.
Оцінка структурного стану проводилась також з вимірювання твердості на приладі типу ТК-2 за методом Роквелла (за шкалою С, навантаження 150 кгс). Вимірювання мікротвердості в окремих мікрозонах зразків проводили на мікротвердомірі ПМТ-3 при навантаженні Р = 50 г.
Завданням фракто