Анализ предкризисного состояния стальных элементов конструкций и агрегатов ВС и причин их разрушения с целью прогнозирования ресурса

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

2005 НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА № 84(2)
серия Аэромеханика, прочность, поддержание летной годности ВС
УДК 629. 7:669−17
АНАЛИЗ ПРЕДКРИЗИСНОГО СОСТОЯНИЯ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ И АГРЕГАТОВ ВС И ПРИЧИН ИХ РАЗРУШЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА
В.М. БАЙКОВ, С.В. БУТУШИН, В.Ю. ВАСИЛЬЕВ, В С. ШАПКИН
По заказу редакционной коллегии
В статье дается анализ причин преждевременного разрушения стальных элементов конструкции самолетов с использованием электрохимической диагностики
В связи с участившимися случаями обнаружения дефектов на ответственных стальных деталях самолетов Ан-24, Ан-30 (вал двигателя) и Як-42 (головка цилиндра основной опоры шасси) был проведен анализ причин их досрочного выхода из строя. Вид одного из типичных повреждений шлицевого соединения вал — винт двигателя АИ-24 показан на рис. 1.
В качестве образцов для исследования использовались
фрагменты двух валов двигателя самолетов Ан-24 и головки цилиндра левой основной опоры шасси самолета Як-42,
подвергшихся повреждению в виде трещины в эксплуатации.
Сначала эти элементы подвергались стандартной
процедуре металлографического анализа в ГЦ БП ВТ, по
соответствующие заключения. Согласно этим
Рис. 1. Отложение магнитного порошка на трещине в зоне шлицов вала винта правого двигателя АИ-24
были даны
результатам которого заключениям:
• повреждение вала винта с инд. № 9013е двигателя АИ-24−2 носит усталостный характер, и предположительно зародилось от производственного дефекта в виде & quot-закова"--
• зарождение повреждения вала с инд. № 7103е двигателя АИ-24ВТ № 4824ВТ077 носит фреттинг-коррозионный характер-
• Разрушение головки цилиндра 42Д4111−93 левой основной опоры шасси самолета Як-42 носит малоцикловой характер, и произошло от производственного дефекта в виде подреза при выполнении радиусного перехода.
Для оценки причин повреждения, вызванного возможными структурными особенностями материала изделий, была применена сканирующая электронная микроскопия и электрохимическая диагностика.
Электрохимическая диагностика проводилась капельным методом в диагностическом растворе на ячейке, изготовленной согласно ГОСТ 6032–89. Изображения микроструктуры образцов получали при различных увеличениях (100−3000) на сканирующем микроскопе Саш8еап с разрешением 100−1000 А0.
Одним из существенных достоинств СЭМ является возможность в целом ряде случаев проводить исследования образцов практически без предварительной подготовки
поверхности. Широкий диапазон возможностей применения СЭМ обусловлен многообразием механизмов образования контрастов и чрезвычайно большой глубиной резкости изображения и высоким пространственным разрешением. За счет большой глубины резкости СЭМ широко применяется для исследования излома, так как снимок производит объемное впечатление и позволяет судить о размерах неровностей на поверхности.
Металлографические исследования, полученные на образце из фланца вала винта с инд. № 9013е двигателя АИ-24−2, показали, что в зоне разрушения в структуре стали зафиксировано присутствие неметаллических включений. Размер обнаруженных неметаллических включений (х13 600) составляет около 1 мкм. Сложное темное включение сферической формы представлено на рис. 2.
Наличие повышенной
концентрации неметаллических включений в зоне излома (в 1,5−2 раза больше допустимой) свидетельствует о том, что одной из вероятных дополнительных причин, приведших к
ускоренному разрушению фланца вала винта двигателя, является именно эта причина.
О химическом составе неметаллического включения можно судить по спектру (см. рис. 3). Из спектра видно, что внутри неметаллического
включения и в зоне излома присутствует кальций, марганец, кремний. Соединения [Са, Мп]8 относятся к основному типу неметаллических включений в стали. Они могут оказывать существенное влияние на коррозионную стойкость. Присутствие в спектре Са свидетельствует о том, что сталь могла им раскисляться. Неметаллические включения
Рис. 2. Неметаллическое включение в зоне разлома
также зоной концентраций
могут быть напряжений.
При анализе причин разрушения вала винта двигателя АИ-24ВТ № 4824ВТ077 был также использован СЭМ и проведены электрохимические исследования. Метод
электрохимической диагностики показал
значительную электрохимическую гетерогенность поверхности стали. В трехкомпонентном растворе зафиксированы отличия потенциалов в зоне излома и вдали от него в 130 150 мВ.
На рис. 4. представлена микроструктура стали в области излома. Трещина открытая, в микроструктуре видны продукты коррозии, что могло быть причиной коррозионного растрескивания. Наряду с этим в области излома обнаружены сегрегации хрома, что также могло привести к локальному охрупчиванию материала.
В случае трещины на головке цилиндра
Рис. 3. Спектральный состав материала образца
левой основной опоры шасси ЯК-42 в микроструктуре материала вдали и вблизи трещины также видны значительные отличия. Структура излома соответствует вязкому разрушению. Черные точки (рис. 4) могут быть следствием наличия пор или локального окисления в зоне излома. Однозначный ответ о природе черных очагов в структуре излома может быть дан после дополнительных исследований. Электрохимическая диагностика также зафиксировала отличия потенциалов в 100−150 мВ в зоне приближенной к излому и вдали от него.
Рис. 4. Микроструктура стали в области излома
Выводы
1. Одной из вероятных дополнительных причин повреждения фланца вала винта двигателя АИ-24−2, на основании проведенных исследований, является дефект плавки, выраженный в повышенной концентрации неметаллических включений, содержащих Ca, Mn, Si.
2. Вероятной причиной ускоренного разрушения вала винта двигателя АИ-24ВТ является коррозионное растрескивание под напряжением, началом которого являлся процесс фреттинг-коррозии, о чем свидетельствуют продукты коррозии в зоне излома. В данном случае в качестве мониторинга возможного предкризисного состояния можно использовать электрохимическую диагностику. Разница в значениях потенциалов в зоне излома и вдали от нее составляет 130−150 мВ.
Анализ вида излома головки цилиндра левой основной опоры шасси самолета Як-42 свидетельствует о вязком характере разрушения. Локализованные черные очаги в зоне излома могут быть следствием наличия пор или локального окисления непосредственно после излома. Локальное окисление могло быть вызвано сегрегациями легирующих элементов в зоне излома. Окончательный ответ о вероятной причине разрушения может быть дан только после дополнительных исследований.
THE ANALYSIS OF THE PRECRITICAL CONDITION OF STEEL ELEMENTS OF DESIGNS AND UNITS OF AIR COURTS AND THE REASONS OF THEIR DESTRUCTION WITH THE PURPOSE OF
FORECASTING THE RESOURCE
Bajkov V.M., Butushin S.V., Vasiljev V.Y., Shapkin V.S.
In the article is given the analysis of the reasons of premature shattering of steel configuration items of airplanes with use of electrochemical diagnostics
Сведения об авторах
Байков Вячеслав Михайлович, 1946 г. р., окончил МГИ (1976), кандидат технических наук, старший научный сотрудник ОНИЛ-15 МГТУГА, автор более 70 научных работ, область научных интересов — эксплуатация воздушного транспорта, динамика и прочность летательных аппаратов.
Бутушин Сергей Викторович, 1948 г. р., окончил МАТИ (1971), кандидат технических наук, старший научный сотрудник Научного центра по поддержанию летной годности воздушных судов ГосНИИ ГА, автор 87 научных и методических работ, область научных интересов — механика и работоспособность технических устройств и машин.
Васильев Владимир Юрьевич, 1941 г. р., окончил МИСиС (1966), доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой коррозии и защиты металлов МИСиС, автор более 140 научных работ, область научных интересов — электрохимическая диагностика разрушений.
Шапкин Василий Сергеевич, 1961 г. р., окончил МИИГА (1984), доктор технических наук, профессор кафедры аэродинамики, конструкции и прочности летательных аппаратов МГТУ ГА, заместитель директора Научного центра по поддержанию летной годности воздушных судов ГосНИИ ГА, эксперт Федеральной службы по надзору в сфере транспорта Минтранса России, Межгосударственного авиационного комитета, автор более 140 научных работ, область научных интересов — эксплуатация воздушного транспорта, прочность летательных аппаратов.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой