Визначення залишкових напружень в поверхневому шарі деталей ГТД методом свердлення малих отворів

Анотація

Представлено особливості визначення залишкових напружень методом свердлення отворів малого діаметру з подальшою фіксацією деформації за допомогою тензометричних датчиків на тонкостінних складнопрофільних деталях газотурбінних двигунів. Відомо, що більшість деталей газотурбінних двигунів літальних апаратів є тонкостінними, мають складний профіль і змінний переріз у напрямі головних осей симетрії. При цьому, геометричні особливості деталей і специфіка технології їх виготовлення можуть призводити до формування нерівномірних високих залишкових напружень по поверхні і глибині залягання. Ці напруження разом з технологічними і конструктивними концентраторами напружень можуть призводити до передчасного виникнення і поширення тріщин втоми при відносно невисокому циклічному навантажені. Тому визначення залишкових напружень методом свердління малих отворів має великий потенціал для сучасного авіадвигунобудування. Виконано дослідження залишкових напружень і їх розподіл за глибиною на тонкостінних складнопрофільних поверхнях деталей з титанового сплаву, що зміцнені сталевими кульками в ультразвуковому полі. Використано тензометричний метод вимірювання деформацій після свердлення отворів. На підставі стандарту ASTM Standard Test Method E837 - 08 розроблено та апробовано методику визначення залишкових напружень в поверхневому шарі тонкостінних складнопрофільних поверхонь деталей газотурбінних двигунів. Показано, що метод свердлення малих отворів має низку переваг перед методом пошарового видалення тонких шарів металу, який широко застосовується в авіаційній промисловості. Також встановлено, що на точність визначення величини напружень суттєво впливають такі факторі як точність позиціювання свердла відносно площини деталі, що досліджують, її температури, фактична глибина свердлення на кожному кроці, час витримки на кожної глибіні, частота та час опитування датчиків тощо. Важливим є калібрування тензорозеток та тензопідсилювача. Апробація методу на деталях газотурбінних двигунів, що були попередньо піддані поверхневому пластичному деформуванню сталевими кульками в ультразвуковому полі або алмазним вигладжуванням показала, що він може бути використаний в авіадвигунобудуванні.