РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для обеспечения системности в проведении исследований по теме работы был
разработан комплекс научно-технических мероприятий, приведенный на рис.2.1.
2.1 Методика металлографических исследований, определения химического состава и
контроля качества
Металлографические методы исследования являлись основным средством определения
вида дефекта, оценки структурных изменений в материале после эксплуатации,
проверки качества сварных и паяных соединений. Изучение макро- и микрошлифов, а
также строения изломов осуществляли с использованием оптической и электронной
микроскопии, и шкалы микроструктур для применяемых материалов [95,96,97].
Изготовление микрошлифов для исследований на оптических и электронных
микроскопах выполнялись на лабораторном оборудовании фирмы «BUEHLER» в составе
отрезных станков для абразивной и алмазной отрезки, пресса для запрессовки
исследуемого элемента в форму для изготовления шлифа, настольной
механизированной установки для шлифовки и полировки плоскости шлифа.
Травление микроструктуры шлифов из титановых сплавов производилось согласно
инструкции ВИАМ №1054-76.
Травление микроструктуры шлифов из жаропрочных сплавов производилось согласно
рекомендаций В.С. Коваленко - реактив №74 [98].
С применением оптического микроскопа «NEOPHOT-32», бинокуляра МБС-9,
измерительных инструментов сделан анализ повреждений и износа в процессе
эксплуатации рабочих, поворотных, направляющих и сопловых лопаток вентилятора,
компрессора и ГТД.
Рис. 2.1 Комплекс научно-технических мероприятий по разработке и оптимизации
процессов восстановления сваркой и пайкой лопаток газотурбинных двигателей из
трудносвариваемых сплавов никеля и титана.
Для определения структурно-фазового состава сплавов и сварных соединений, кроме
микроскопа «NEOPHOT-32», имеющего максимальное увеличение х500, исследования
проводились на растровых электронных микроскопах «JSM-T300» и «JSM-6360LA» с
увеличением от х500 до х10000 раз. Фазовый состав исследуемых сплавов
определялся на рентгеновских дифрактрометрах «ДРОН-3» и «HZG4». Применяя
совместно оба способа изучения, определялись структурно-фазовые изменения в
литых жаропрочных сплавах после наработки, а также после проведения ремонтных
восстановительных термических обработок.
Оценка качества выполнения сварных и паяных соединений производилась
исследованием поперечных и продольных микро- и макрошлифов с использованием
упомянутого оборудования, а также микроскопа отсчётного типа МПБ-2.
Методом спектрального анализа на фотоэлектрической установке (квантометр) марки
ДФС-36 «SPECTROMAX», стилоскопе СЛ-13 и по классическим методикам «мокрого»
химического анализа исследовался химический состав сплавов и сварных
соединений.
Методами неразрушающего контроля – капиллярной дефектоскопией (ЦМ15-В, ЛЮМ1-ОВ)
[99,100], рентгенпросвечиванием (установка РАП 150/300 с трубкой 1.2-3
БПМ5-300, а также рентгентелевизионная установка MU-21) [101] проверялось
качество заготовок под образцы и сварные швы.
2.2 Методики проведения механических испытаний
Испытание сварных образцов производилось по стандартным методикам:
определение предела прочности (уВ), относительного удлинения (д) и
относительного сужения ( y) - на универсальной разрывной машине УМ-5;
ударной вязкости КСU и КСТ - на маятниковом копре МК-30;
угла загиба (ц) - на универсальной машине УММ-10;
длительная прочность проверялась на машине ДСТ – 5000;
исследования кратковременной прочности при рабочих температурах – на установке
МТS 810 (МТS, США);
исследования условного предела прочности () – на установках ВДС-200 и MTS810.
Изготовление заготовок для контрольных сварных соединений и образцов для
механических испытаний проводилось в соответствии с ГОСТ 6996-66. Изучение
влияния режимов сварки АДС и ЭЛС, присадочных материалов и термообработки на
механические свойства производилось на заготовках, вырезанных из прокатанных
полос сплава ВТ3-1 и натурных лопаток.
Подготовка образцов для исследования механических свойств сварных соединений из
сплава ВТ3-1, применительно к рабочим лопаткам вентилятора ГТД Д-36
производилась с максимальной степенью приближения к состоянию материала
реальной детали. Лопатки вентилятора ГТД Д-36 из сплава ВТЗ-1 имеют сложную
геометрическую форму и подвержены воздействию переменных по времени
квазистатических, газодинамических и вибрационных нагрузок при умеренной
температуре, а также механическому износу и повреждениям.
В данном исследовании определялся ряд свойств сварных соединений из сплава
ВТ3-1 в сравнении с основным материалом (ув, д, ш, КСТ, КСU, ц, у-1 , НRC). Они
выбраны потому, что должны были наиболее полно характеризовать
работоспособность материала применительно к условиям работы лопаток.
В соответствии с ГОСТ 6996-66, образцы для испытаний необходимо отбирать из
проб, вырезанных непосредственно из контролируемой конструкции или от
специально сваренных для проведения испытаний контрольных соединений.
Если форма сварного соединения исключает возможность изготовления образцов
данного типа (детали сложной конфигурации, трубы, и др.), то ГОСТ допускает,
что образцы могут быть отобраны из специально сваренных плоских контрольных
соединений.
Поскольку лопатки вентилятора имеют сложную геометрическую форму и переменное
поперечное сечение, то исключается возможность изготовления полноразмерных
образцов непосредственно из лопаток.
Так как промышленность Украины и России не выпускает листы из исследуемого
сплава ВТ3-1, то для изготовления образцов было пр