Термоциклические испытания с применением образцов корсетной формы – перспективный метод исследования термической усталости изделий

Разрушение изделий вследствие периодически повторяющихся нагревов в процессе эксплуатации – серьезная проблема современной техники. Однако в последние годы исследования этого явления, именуемого термической усталостью материалов практически не проводятся. Роли термической усталости в повреждении изделий стали придавать второстепенное значение. Особенно это относится к металлофизическим исследованиям природы субструктурных изменений на различных этапах процесса, которые в конечном итоге и приводят к разрушению.

Исключение составляют металлографические исследования, которые систематически выполняют в ходе термоциклических испытаний с использованием плоских образцов корсетной формы в НПО «ЦКТИ им. И. И. Ползунова». Исследования термической усталости осуществляют посредством термоциклических испытаний. Они служат для получения исходных данных для последующих расчетов ресурса изделий. Чтобы выяснить пригодность корсетных образцов для исследования термической усталости, был предпринят анализ опубликованных данных, которые содержат информацию о появлении трещин в ходе циклических нагревов. Анализ опубликованных результатов испытаний корсетных образцов представлен на примере данных жаропрочного сплава ЖС32 как наиболее полных среди всех имеющихся. Выявлено, что при использованных термических режимах испытаний трещины, даже магистральные, появляются в первых же циклах испытаний. Это происходит, вероятно, из-за чрезмерно большой пластической деформации в цикле, в результате чего стадия накопления повреждений почти полностью исчезает, а материал оказывается в состоянии, благоприятном для зарождения трещин.

Расчет пластической деформации в цикле подтвердил выдвинутое предположение. При этом было установлено, что деформация центральной части образца осуществляется его же заплечиками, жестко стесненными односторонне захватами. Результаты расчета показали, что испытания корсетных образцов позволяют существенно расширить диапазон варьирования пластической деформации в цикле и приблизиться к происходящему в реальных изделиях. В связи с этим испытания с применением корсетных образцов рекомендуются как метод исследования термической усталости.

1. Третьяченко Г. Н., Карпинос Б. С., Барило В. Г. Разрушение материалов при циклических нагревах. 1993, Киев, Наукова думка, 288 с.

2. Дульнев Р. А., Котов П. И. Термическая усталость металлов. М. Машиностроение, 1980, 200 с.

3. Coffin L. F., Schenectady N. Y. A Study of the Effects of Cyclic Thermal Stresses on Ductile Metal // Trans. ASME. – 1954. – V. 76, № 6. – P. 931–950.

4. Серенсен С. В., Котов П. И. Об оценке сопротивления термической усталости по методу варьируемой жесткости нагружения // Заводская лаборатория. – 1962. – Т.28, №10. – С.1233–1238.

5. Голубовский Е. Р., Бычков Н. Г. Хамидуллин А. Ш., Базылева О. А. Экспериментальная оценка кристаллографической анизотропии термической усталости монокристаллов сплава на основе Ni3 Al для высокотемпературных деталей АГТД // Вестник двигателестроения. – 2011. – № 2. С. 244–247.

6. Гугелев Б. М., Гецов Л. Б., Журавлев Ю. А., Новикова Е. Г. Метод микроструктурного исследования повреждений в металлах при термической усталости// Заводская лаборатория. 1976. – № 1. – С.94–97.

7. Гецов Л. Б., Рыбников А. И., Семенов А. C., Григорьев А.В., Тихомирова Е.А. Сопротивление деформированию и разрушению монокристаллических сплавов при статическом и термоциклическом нагружении. / Надежность и безопасность энергетики. 2012, №18, с.53–62.

8. Гецов Л. Б., Рыбников А. И., Семенов А. C. Сопротивление термической усталости жаропрочных сплавов и защитных покрытий. / Надежность и долговечность машин и сооружений. 2015. Вып.40. С. 73–92.

9. Гецов Л. Б., Рыбников А. И., Семенов А. C. Прогрессирующее деформирование материалов при термоциклическом нагружения // Прочность материалов и ресурс элементов энергооборудования. – СПб., 2009. – С.105–120.

10. Шалин Р. Е., Светлов И. Л., Качанов Е. Б., Толораия В. Н., Гаврилин О. С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. – М.: Машиностроение, 1997. – 334 с.

11. Будиновский С. А. Многослойные жаростойкие покрытия для лопаток ГТД из жаропрочных литейных никелевых сплавов на рабочие температуры до 1200°С и ионно-плазменные технологии и оборудование для их нанесения и ремонта // Автореф дис. ... д.т.н., 2011.