Использование акустической эмиссии для оценки прочности и разрушения образов и деталей авиационных ГТД при статическом и циклическом деформировании тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.04 ВАК РФ

РГ6 од

ШИСТЕГСТЮ ОБРАЭйВАШ УКРАИНЫ ЗАГОЮЯЖЙйшНА. "Е81ЛК ГОЧЕТА" МШШСТВОИХЕДЬШЙ ШЕПНУТ им. ВЯ.Чубаря

На правах рухопива

БЕЩЮВ Сергей Аяександрошч

ШШЛКОЕАШЕ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭШОСИЙ ДВ ОЩНКЙ ПРОЧЙЭОж ¡1 РАЗРУШЕНИЙ ОБРАЗФБ И ДЕТАЕЙ А31АЩ0ННЫХ ГТД ПРИ СТАТИЧЕСКОМ К ЩШЧБСНОИ ДЭОРШЮШШ

Спецаааькоохь 01.02.04 - Нехакихадефоркируеиого твердого ?ела

01.02.06 - Динамика, прочность маикн, пр'.бортз и аппаратуры

Автореферат

диоаертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Запорожье 1993

Рабата выполнена в Заг.орококом ордена "Знак Почета" иапашаотро тельном институте им. ВЛ .Чубаря

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор А .Б. Рой-кип

Научный конаулыант: доктор технических наук, чден-коррсопоидент дн Ег

• Л.И.Маолоз

Официальные оппонзнти: доктор технических паук, профессор В.В.1ешиш

доктор технических наук, профессор ВЛг.Терзктъов

Вздущее предприятие: НИИ Механики и пршишдной катеиатша

Ростовского государственного ушиззреитета

Засщта со ото шея " " сг^У^ ¿¡и** 1993 года в

чаоов на заездшш опгдкйлизпроьаннбго согата К СбЗ.ЗЭсО! пра

Завораокзд ордена "Знак Почата" макииоотроцтельком кнатщуте

1»». В Л .Чубаря да адраоу: 330063, г. Запорожье, ГСП-39,

ул. дукоеского, 64

С дкооерицией ноано ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан $ ьь+онл? Х993 года.

Учений секретарь

спещшлязироЕанного со Ее та /"Г"?

д.т.н., профессор — И.П.Волчок

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТИ

. Актуальность работа. Одной из актуальных проблем, связанных с развитием современного турбостроения, является проблема обеспечения прочности и надежности деталей и узлов турбомашин. Существующие в настоящее время ¡»делу., основанные на применении аналитических решений к моделированию процесса многоциклового уоталоот-ного разрушения, не позволяют объяснить многие экспериментальные' данные. Поэтому для прогнозирования ресурса и долговечности элементов ГТД, испытывающих воздействие циклических нагрузок, необходимо дальнейшее совершенствование методов определения напряженного и деформированного состояния на основе уточнения моделей развития усталостного разрушения.

В последнее время широкое распространение получил акустико-эмиооионний метод неразрушавдего контроля. Структурные превращения, изменение напряженно-деформированного состряния материала сопровождаются излучением сигналов акустической эмиссии (АЭ) задолго до наступления его разрушения. В этой связи весьма плодотворным в решении задачи оценки работоспособности материалов о различным напряяенно-деформированнам состоянием поверхностного слоя может оказаться подход, основанный на анализе акустико-эмио- • сиошшх характеристик различных сплавов или одного сплава с различным качеством пошрх-оота, обусловленным технологической нз-олсдственностьп исследи ска объектов,

Целью настоящей работе чвляется отработка метода акустической эмиссии для оценки процессов деформирования'и разруаения при статических и циклических нагрузках, действующих на детали из распространенных в турбостроении сплавов на никелевой основа, имеющих различное напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя; разработка критериев оценки характеристик сопротивления уоталости по данным акустико-энисоионкого контроля.

В работе были поставлены следующие задачи:

- разработать методику определения характеристик а к у с т к ко-э от. сси-онного излучения образцов и деталей из иаропрочнзх сплавов на никелевой о^чоие при статическом и циклическом нагр/яенин;

- разработать критерия сценки прочностны;«. характеристик сплага никеля с различным напряженно-деформированным состоянием поверхностного слоя по п?.рамгтрак акустической эмиссии;

- изучить кинетику процесса усталостного разрушения модельных об-

разцов и деталей ГТД ..этодом акустической эмиссии с целью разработки критериев для прогнозирования остаточной долговечности из-дзлий по данным неразруслю:;его АЭ-контроля.

Научная новизна работ::. С использованием акустико-эмисоион-ного критерия оценки напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя изделий, имеющих различную технологачеокув наследственность, рассмотрен новый подход к выбору видов и режимов поверхностной обработки, к оценке накоплений повреждений в материалах и прогнозу эксплуатационной долговечности деталей ПГД.

На основании исследованных параметров, характеризующих стадийное накопление усталостных повреждений, предложен новый споооб определения трещинообразования непосредственно в процессе усталостных испытаний по моменту изменения параметров акустической , эмиссии, который соответствует лийш Френча на обобщенной диаграмме усталости.

Получены экспериментальные данные, которые ^позволяют, иоходя из концепции стадийности разрушения, прогнозировать остаточну» ' долговечность образцов и лопаток ГТД из жаропрочных сплавов на никелевой основе.

Практическая ценность работы. Предложена экспериментальная установка и методика для акуотико-эмиссионного контроля технического состояния материала изделий, позволяющая в лабораторных условиях проводить сравнительную оценку работоспособности деталей ГТД, подвергаемых различным технологическим воздействиям.

Получены.экспериментальные данные о влиянии технологачеоких факторов на физико-механические, эксплуатационные и акустико-э омиосионные характеристики хромоникелевого сплава. Установлены закономерности, связывающие величину остаточных напряжений и предела выносливости о уровней акустико-эииооионной активности модельных образцов, позволяющие более оперативно и с меньшими затратами решать вопрос ыбора оптимального вида и режимов поверх-ноотной обработки деталей ГТД с целью обеспечения требуемой работоспособности последних.

Реализация работы. Отдельные результаты диссертационной работы использованы на одном из моторостроительных заводов авиационной промышленности при шборе оптимального вида и режимов поверхностной обработки деталей ГТД из жаропрочных сплавов на нике-явкзя основе.

АауаЩщ цяШ»., ?&зультаты р^Э ¿.ЛЩщывались и обружда-

лись на: Ш Республиканской научно-технической конференции "Повы- ■ пение надежности и долговечности мааин и сооружений" (г. Запорожье, 1988\ И, 1У, У Всесоюзных конференциях "Новые конструкционные стали и сплаш и и'..*** их обработки для повышения надежности и долговечности из^...-;" (г. Запо^ жье, 1936, 1939, 1992), ХХШ и ХНУ Всесоюзных научных совещаниях по проблемам прочности двигателей (г. Москва, 1990, 1992). И Бвеооюзшш симпозиуме по механике разу юния (г. Житомир, 1990), Международной конференции-по нормированию летной годности и сертификации авиадвигателей (г. Загорск, 1990), XI Международном коллоквиуме "Механическая усталость металлов" (г. Киев, 1991), I Всесоюзной конференции "Технологические проблемы прочности неоусих конструкций" (г. Запорожье, 1991), Международном симпозиуме го нзразрушамцим испытаниям и определений наполнений/деформаций (г. Токио, 1992).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, получено 2 авторских свидетельства и положительное решение на задачу патента.

Структура и объем работа. Диссертация состоит из вэздения, четырех глав, основных рлводов, списка использованной литература, включающего 169 наименований, и приложения-. работа изложена на 100 машинописных страницах, содержит 12 таблиц, 28 иллюстрация.

СОДЕЕШШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность забранной те;. '1а в О ТрЙЖв к п. ее научная и практическая значимость, нашчеш иэли исследования.

3 первой глава выполнен анализ проблем, связанная с исследованием и оценкой процессов разрушения изделий з усложтх циклического нагружения методом акустической эмиссии. Показано, что рассмотренные арздотавлсшя об уоталовтаом разрушении, осиованннз на концепции стадийности, могут быть успепно использованы для инженерных расчетов характеристик сопротивления усталости при уоло-виа разработки информативных простых и надежных татодоз определения параметров, характеркзупглх стадии разрупзнпя. Проанализиро-ра.--1 известные из литературных источников косвенные метода определения характеристик сопротивления усталости. Показано, что оо-верпекствоЕаниз методов ускоренного определения пределов вшасли-вооти кеталдов связано во многом о разработкой ногах, более чувствительных методов измерения циклических нзупрупос деформация.

а также с обоснованной классификацией сплавов по уровню циклических неупругих деформаций, соответствующих пределу выносливости. В результате анализа методов решения проблемы обеспечения надежности изделий под действием цикличес-чх нагрузок показан^, с одной стороны, что получение адекватной модели разгатия усталостного разрушения возможно путем применения новых подходов к оценке на- • пряженно-деформированного состояния материала, работающего в области многоцикловой усталости, а с другой - показана перспективность использования акустико-5»чссионного метода при решении таких вопросов, как -экспериментальное пределение изменения напряженно-деформированного состояния микрообъемов, определяющих процесс усталости. Рассмотрены также возможности акустической эмиссии для реиения некоторых прикладных зад^ч. В частности, показано, что 1.;Зтод АЭ дает принципиальную возможность раннего обнаружения и классификации дефектов как по размерам, так и по степени опасности независимо от их положения и ориентации. Однако, для использования э»лх преимуществ рассматриваемого метода требуется решить ряд проблем, связанных с разработкой методов прогнозирования предельного состояния конструкций на основе анализа АЭ-сигна-лов.'В то же время, найденные корреляционные связи между характеристиками дефектов, в частности трещин, и параметрами АЗ справедлива липь для определенных классов материалов и нередко противоречат друг другу. Применение аналитических, полуэмпиричеоккх и эмпирических зависимостей иногда затруднительно из-аа несопоставимости данных, полученных на различной акустико-эмиссионной аппаратуре .

Исходя из современного состояния запроса, сформулированы задачи настоящего исследования.

Вэ второй главе проанализирована связь напряженно-деформированного состояния у вершины трещины «ормального отрыва с параметрами акуотичеокой эмиссии. С использованием соотношений теории малых упругопластичеоких деформаций для аналитического решения задачи по определению полей напряжений и деформаций получено уравнение контура упругоплаотичеокой области у вершины трещины нормального отрыва, параметрами которого являютоя внешняя нагрузка и механичеокие характеристики материала, в виде:

г

1*(1р) = В, 51П <р

СП

2((6?ур« г^йпф-Ь )

>

где г - безразмерный радиус (отнесение величины радиус-вектора точки г к длине трещины '¿I ); Р - нагрузка; приложенная перпендикулярно трецине-раэрезу в бесконечной пластине; Го - предел текучести на сдвиг; В/ - постоянная интегрирования.

Конфигурация упругопластической области является двухлепест-коюой. Контуры областей, соответствующие раз'-чм уровням прилагаемой нагрузки, не пересекайся друг о другом. С увеличением на- . грузки размер исследуемой области возрастает. В предположении, что интенсивность АЭ пропорциональна размеру области необратимых пластических деформаций (область активных источников АЗ) определено, что интенсивность АЭ пропорциональна величине внешней нагрузки -в четвертой степени. Переходя в дальнейиен от параметра внеинеЯ нагрузки к характеристикам локального напряженного состояние у вершины трещины, т.е. к коэффициенту интенсивности напряжений Н «б'/^Г (здесь <5 - однородное растягивающее напряжение, приложенное бесконечно далеко от трещины), получена зависимость:

N = У*Я * , ~ С2>

где У - коэффициент, характеризующий материал, условия нагруже-

ния и роста трещины. Отмечено, что зависимость (2) является частный случаем эмпирической формулы Х.Данегана, что говорит о применимости предлагаемо я модели для исследования динамики развития повреждения в материале по параметрам ДЭ непосредственно в процессе нагружения и деформирования исследуемых объектов.

Решен ряд методических вопросов, связанных с разработкой средств для определения сравнительных характеристик работоспособности деталей ГТД с различным напряженно-дефориированным состоянием поверхностного слоя по параметрам акустической эмиссия. Показано, что исследуемый оплав ХН77ТЮР-Щ генерирует достаточно мощные сигналы АЭ при достижении критических напряжений, что позволяет их оценивать о помощью таких сигналов и применять метод АЭ для изучения деформационных и фрактальных процессов. Установлено, что напряженно-деформированное соотояние рабочей поверхности модельных образцов практически не влияет на их базовые акустико-омкссионные характеристики при испытаниях в условиях одноосного растянения. Разработана геометрия модельного образца, имитирующего различную технологическую наследственность натурных изделий. Определены виды нагружавших устройств для статичеоких и динамик

ческих исследований деталей методом акустической эмиссии в условиях поперечного изгиба. Показано, что для решения поставленных в работе задач целесообразно применение серийного акустико-оыисси-онного прибора А§-15 с комплектом преобразователей АЭ, для которых получены амп чтудно-частотные характеристики.

Разработана экспериментальная установка, позволяющая осуществлять акустико-эмиссионный контроль технического состояния материала объектов исследования после различных технологических операций, а также изучать кинетику усталостного разрушения методом АЭ. Структурйая схема установки представлена на рис. I.

Установка состоит из трех основных блоков. Блок нагружения I , предназначенный для выявления акустико-эмиссионной активности материала исследуемого объекта, в зависимости от вида испытаний может быть создан на базе статического механического нагружающего устройства (а) или на базе динамического нагружающего устройства (б). Структурное отличие для двух указанных блоков на-гружения в общей схеме установки заключается в меоте крепления датчика АЭ. В случае квазиогатического нагрукения пьезоэлектрический преобразователь крегмтоя непосредственно на контролируемый объект. В случае же динамического нагружения датчик АЭ устанавливается на элемент зажимного приспособления, в котором жестко закреплен объект исследования. Акустико-эмиссионный блок П включает в себя : пьезоэлектрический преобразователь сигналов АЭ I, соединенный последовательно с предварительным усилителем АЭ-оиг-налов 2 и усилителем фильтров 3 прибора A5-I5. Усиленные и отфильтрованные по частоте сигналы АЭ с выходов прибора А§-15 поступают в блок записи и обработки Ш . Сначала сигналы АЭ попадают в модули ввода число-импульсных сигналов CM-I800.230I 4 , выходы которых связаны о микро-ЭШ CM-I800 5 . По программе, записанной на языке BASIC, микро-ЭШ с дискретностью, заданной в таймере, заносит параметры сигналов АЭ в оперативное запоминающее устройство. Происходит обработка данных по выбранной исследователем программе. Результата машинной обработки выводятся на периферийное устройство (дисплей, ЦПУ, графопостроитель) б .

Для. осуществления АЭ-контроля напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя объектов исследования с использованием описанной установки разработана специальная методика. С цель» выявления АЗ-активности контролируемый объект нагружается Ступенчато в уоловиях поперечного изгиба. Нагрузкение осуществил-

Рис. I. Структурная схема установки для акуотихо-эмиссионного контроля технического состояния материала изделий

ется до напряжений, близких к пределу текучести материала, т.е. До нагрузки, прешиение которой зазывает мзкропластическую деформацию поверхностных слоев материала. После каждого за га нагруже-ния (от 50 до 100 "Па) производится вядеркка объекта под нагрузкой (от 10 до 30 с), в течение которой осуцестнляется регистрация и обработка сигналов АЭ. *

В т^тьей главе приведены результата экспериментального исследования зависимости прочностных характеристик сплава никеля от напряженно-дейормированкого состояния поверхностного слоя модельных образцов методом акустической эмиссии. Показано, что напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя мало влияет на основные механические свойства и оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики исследуемого сплава.

Установлена корреляция параметров акустической эмиссии с величиной остаточных напряжений в поверхностном слое материала после различных видов обработки. Для этого были построены кривые (рис. 2) распределения осевых остаточных макроналрякений (эв по глубине И поверхноотного слоя об^зцов с различной технологической наследственностью в зависимости от уровня интегрального акустико-эмиссионного параметра Л/ГД9 , который представляет собой суммарное зйачение количества событий АЭ по всем тестам при контроле модельного образца с заданным видом обработки поЕерхноо-ти. Показано, что устойчивая связь между этими параметрами 1:аблю-_ дается в определенной облаоти сечения модельного образца, в которой происходит преимущественное излучение сигналов АЗ. Положение указанной области определено с помощью корреляционного анализа. Установлено, что наиболее тесная статистическая овязь между величиной остаточных напряжений и параметром А/^аэ имеет меото э облаоти'значений И от 30 до 70 мкм, где зафиксированы максимальные значения осевых остаточных макронапряжений для образцов о различными видами обработки поверхности. График зависимости величины во в указанной облаоти значений А от параметра М*« представлен на рис. 3.

Предлагается новый подход к определению характеристик сопротивления усталости по моменту перехода сиотемы из квазистатичео-кого состояния в динамическое. При напряжениях, меньших предела выносливости, несмотря на. действие переменных напряжений, материал не разрушается, т.е. система может рассматриваться как квазистатическая. При напряжениях, больших 6«, происходит качественное изменение механизма воздейотвия на материал и задача становится динамической. Иоходя из этого, еотес.венно предположить, что при напряжениях, не превышающих предел вынооливооти, веоь материал изделия работает в едином напряженно-деформированном ооото-янии а при напряжениях, превышающих <5*. напряженно-деформированное ооотояние в отдельных микрообъемах поверхноотного слоя оу-

26ф

I - шлифование, 2 - электро-хи-мическое полирование, 3 - точение, 4 - шлифование и УЗУ, 5 - электрохимическое полирование и УЗУ

Рис. 2. Распределение остаточных напряжений в поверхностном слое образцов с различными АЗ-характеристиками

Рио. Зашоимоота сухарной АЗ от напрякеииЯ в образцах поо.-з различных видов поверх- • ноотной обработки : х _ *очега8 2 . ми_

фование, 3 - ЭХП, 4 - точение и УЗУ, 5 -шлифование и УЗУ. 6 - ЭХП и УЗУ

РИО. з« График загасимости вэличины 6ôîaT04Milx напржхзкйй о* tupàMeïpa Ыхц

-Рис. 5. График регреосионной зависимости

G-, =/(<?«)

цсственно изменяется. Это объясняется блочностью структуры поли-крлсталлического материала, в которой при нагружении действует дислокационный механизм, приводящий к изменению напряженного состояния отдельных элементов структуры материала. .

Эксперименталь ое определение зависимости параметров АЭ от напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя подтверждает положение о том, что интенсивность АЗ экспоненциально зависит от приложенного напряжения. Причем, при достижении опре- • деленного значения номинального напряжения показатель, степени указанной зависимости скачкообразно изменяется (интенсивность АЭ резко возрастает). Предполагается, что при этом происходит резкое изменение напряженно-деформированного состояния в определенных микрообьеках, контролирующие процесс усталости. Начиная с этого момента, а условиях действия переменной нагрузки начинает действовать механизм усталостного разрушения, а напряжение, при котором изменяется показатель степени зависимости интенсивности АЭ от приложенных напряжений, соответствует пределу выносливости.

Для подтверждения этого положения были построены зависимости ¿^Л/д} =/(€>), представленные на ряс. Ч. Такие зависимости имеют два явно выраженных участка. Пологий участок (0 < б| 4 С*»)» соответствует области упругости материала и является идентичным для образцов с различными видами поверхностной обработки из одного и того же материала. На этом у часта.- увеличение напряжений в поверхностном слое сопровождается низкой акустико-эмиссионной активностью. Интенсивное увеличение параметров АЭ (на один-два порядка) на втором участке (од® < 01 < С г ) указанной зависимости, по-видимому, обусловлено процессами микрогаастической деформации, протекающими в микрообъемах поверхностного слоя материала. Значение напряжения Одэ, соответствующее точке перегиба функции ¿д&аэ =/((3), зависит от интегральных свойств поверхностного слоя и определяет момент изменения напряженно-деформированного состоя!»;.! микрообъемов поверхности по сравнении с основной массой материала. Таким образом, процессы микропластической деформации поверхности, сопровождаемые интенсивным акустико-змиссионным излучением, в образцах с различной поверхностной обработкой начинаются при достижении различных значений напряжения Ода, которые могут служить критериальной оценкой напряяенно-деформированного состояния поверхностного слоя материала деталей ГГД.

Получено уравнение эмпирической линии регрессии, овязывавиее

предел выносливости <э.« с характеристическим ¡напряжением СГАЗ , графическое изображение "оторого о 95 %, доверительным интервалом показано на рис. 5. •

В четвертой главе изложены результаты исследования кинетики процесса усталостного разрукения никелевого сплава методом акустической эмиосии.

На рис. б показаны зависимости интенсивности A3 Л/аэ от относительной долговечности образцов о различной технологической наоледотвеЕКоотьв. Здеоь кривые I соответствуют образцам, обработанный точением, кривые 2 - шлифованием, кривые " - шлифованием о последующим электро-химичеоким г.олг оваике.м. Анализ приведенных аку ото грамм показывает, что на характер акуотико-эмиссионного распределения оказывает влияние не отолько уровень номинальных максимальных напряжений з цикле усталостных испытаний, околько физи-. ческие процессы, определяющие долговечность образца. Идентичность поведения A3 при различных уровнях приложенных циклических напряжений для образцов с различной технологической наследственностью объясняется термофлуктуационной природой процесса разруиения. По Буркову, долговечность тела при циклическом режиме нагружения определяется формулой: *

г, = То охр , (3)

где Го - постоянная, соответствующая по порядку величины периоду тепловых колебаний атомов, ■ к - постоянная Больцмана, Uo -начальная анергия активации процесса разрушения, совпадающая с энергией активации раопада межатомных связей, tf* - коэффициент, характеризующий уровень локальных перенапряжений в" местах, где развивается разрупевие. Полагая, что локальный разогрев материала за очет работы внеиаих. сил Т* при различных значениях приложенного напряжения изменяется незначительно (поглощаемая энергия превращается в тепле, липь чаотично, а чаотично переходит в латентную энергию, изменяя структуру и дефектность материала), т.е. Tj = const , и. учптиьацрчто величина Т0 и U0 - отруктур-но нечувствительны, то уравнение (3) для трех, приведенных на рис. 6 случаев, оводитоя & уолови»:

ггГв;« (4)

Таким образом, одинаковые значения долговечности при различных уровнях номинальных циклических напряжений логут быть достигнуты

а) = б х 105 циклов

Рио. б. Зависимости интенсивности АЭ от относительной долговечности образцов из оплава ХН77ТЮР-ВД пооле различных видов окончательной обработки

s »

»

0

1 - At* 0,2...0,5 МГЦ

2 -&f * 0,5...1,0 КГц

3 - А / « I.0...2.0 HW

Ч eiï

1.0

Чиоло циклоа, Ы •

Рис. 7. Распределение интенсивности A3 по циклам нагружения

Рио. 8. Диаграммы усталостного разрушения

образцов о различной технологической наследственностью :

а) .- точение, б) влифованне, в) - ЗХП ;

I - линия образования оубмккроскогаческих • м трещин, 2 - линия Френча, 3 - кригая у с тало о ти

лишь при различных значениях показателя локальных перенапряжений ¡f*, которые обуславливают в данном случае поотоянотво величины внешнего возмущения Q¡ = const , снижающей величину потенциального энергетического барьера U (G"). Акустическая эмиссия при этом является откликом энергетического параметра , который

регистрируется в процессе циклического нагружения модельных образцов.

Установлено, что различным механизмам накопления и развития усталостных повреждений соответствуют определенные характеры сигналов A3 в трех различных диапазонах частот. На рио. 7 показана типичная картина распределения интенсивности A3 от начала циклического нагружения до разрушения изделий из сплавов на основе никеля в трех разных частотных диапазонах. Момент появления сигналов АЭ в диапазоне частот от 500 до 1000 кГц (N0~), вероятно, является моментом возникновения в материале трэцини микроскопических размеров. Это предположение подтверждается построением диаграмм усталостного разрушения, которые представлены на рио. 8. На диаграммы усталости, построенные графическим опособом по методике В.С.Ивановой, нанесены экспериментальные точки, соответствующие моменту появления сигналов A3 в диапазоне частот от 500 до 1000 кГц. Анализ графиков показывает, что экспериментальные точки, полученные по данным АЭ-коктроля, достаточно хорошо укладываются на теоретическув линии Френча, т.е. появление сигналов АЭ в частотном диапазоне свыше 500 кГц связано о началом накопления и развития в материале исследуемых образцов необратимых усталостных повреждений. На этом основании предложен бпособ определения момента образования микротрещины непосредственно в процессе усталостных • иопытаний по параметрам A3.

Показано, что пороговые значения напряжений для модельных образцов подчиняются закону дискретности отруктурно-энергетичес-"ой теории прочнооти. При этом для неупрочненных образцов в результате усталостных испытаний выявляется второе пороговэе напряжение Gw, а Для образцов, подвергнут« поверхностному пластическому деформировании - третье пороговое напряжение S™.

Проведенными исследованиями усталостного разрушения оплава ХН77Т10Р-ВД такие установлено, что специфические значения числа циклов нагружения N, и. , выделенные на рио. 7 (М» - начало повышенной активности A3 в диапазоне частот от 500 до 1000 кГц, N¿ - максимум интенсивности A3 в диапазоне частот от I до 2 МГц),

связаны соотношением: ^ ^ ^

à -Д -Д (5)

и отвечают моменту смены механизма стабильного развития трещины и моменту образования магистральной трещины критического размера соответственно. Здеоь Û - универсальная постоянная разрушения. Этими моментами период распространения трещины разделяется на три стадии с реализацией различных механизмов разрушения. Подтверкде-ние представленных результатов,получено в результате микрофракто-графического анализа стадий усталостного разруыения путем количественного анализа топографии излома с помощью угольных реплик. Исходя из закономерностей дискретного роста усталостной трещины, получено соотноаение:

Ъ/Ъ = (И,0//(xsf= Сб)

которое позволяет производить оценку остаточной долговечности изделий по данным неразрушавщего АЭ-контроля в процессе испытаний или эксплуатации.

Показана идентичность распределений акустико-омиссионной активности в процессе усталостных испытаний модельных образцов и реальных деталей ИД из жаропрочных сплавов на никелевой основе, • что позволяет распространить методику раачета остаточной долговечности образцов на реальные детали.

ОСЩШЫЕ тшм Ш ДСЗЕРТАЦИОНШЙ РАКЛЕ

1. На основе анализа напряженно-деформированного состояния у вершины трещины нормального отрыва получена уравнение контура упруго пластической области активных источников ахуатаческой эмиссии и зашоимость между интенсивностью A3 и коэффициентом интенсивности напряжений.

2. Создана экспериментальная установка и разработана методика акустико-эииссионного контроля технического состояния поверхностного слоя материала изделий, позволяющего производить сравни-teabnyo оценку их работоспособности.

3. Установлена корреляция параметров акустической эмиссии с величиной остаточных напряжений в поверхностном слое материала модельных образцов.

Ц. Предложен подход к исследованию процесса усталости,'за-

сличающийся в том, что предел выносливости рассматривается как тороговое значение циклического напряжения, при котором происхо-цит переход системы из квазистатического состояния в динамическое, зопровокдающийоя существенный изменением характера напряженно-цеформированного состояния микрообьеиов поверхностного слоя по сравнению с напряженно-деформированным состоянием основной массы материала.

5. Предложен акустико-эмиосиоцний критерий оценки характера напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя изделий из сплава ХН77Т0Р-ЕЙ после различии" видов поверхностной обработки, которым является характеристическое напгтженг.е С5ЛЭ» соответствующее точке перегиба интегральной зависимости LgNAi = /(€=>)• Получено уравнение эмпирической линии регрессии, связывающее предел выносливости <5.1 с характеристическим напряжением 6Л} .

6. Установлено, что изменения интенсивности A3 з различных частотных диапазонах образцов и реальных деталей в процессе их циклического нагружения имеют немонотонный, стадийный характер, который обусловлен структурными изменениями, связанными о механическими характеристиками исследуемого материала.

7. Показано, что число циклов нагружения модельных образцов, при котором зафиксировано появление сигналов A3 в частотном диапазоне от 500 до 1000 kRi, et .тветствует линии Френча на обобщенной диаграмме усталости. Предложен способ определения момента образования микротрещины по параметрам акустической эмиссия.

8. Установлено наличие трех стадий усталостного разрушения сплава ХН77ТЮР-Щ, каждая из которых имеет различней характер АЭ-излучения в трех диапазонах частот. Показано, что пороговые значения основных параметров, характери?-ющих эти отадии, подчиняются закону диокретности отруктурно-энергетичеокой теории прочности. Моменты смены стадий развития микротрещины предложено определять по изменениям интенсивности A3 в различных диапазонах чаотот.

Ооновные результаты диссертационной работа наши свое отражение в следующих публикациях :

I. Беженов С.А., Нуземко В.А. Определение области активнооти акустичеокой эмиссии у вершины трещины нормального отрыза /За-порож. маииноотр. ин-т. - Запорожье, 1988. - 9 с. - Jen. в УкрНИИНТИ 11.03.88, » 651 Ук-88.

2. Куземхо B.A., БекеновС.А. Исследование малоцикловой у с тало с т: в условиях вибрации методом акустической эмиссии //"Повышение надежн. и долговечн. капг/.н и сооружений": Тез.докл. Ш Республ научно-техн. кокф.: Б 2 ч. - К.: Ин-т пробл. прочности АН УСС. 1938. - Ч. 2. - С. б.

3. Куземко В.А., Бекенов С.А. Акустико-эмиссионный анализ пронес сов малоцикловой усталости /Повышение надежн. и долговечн. де^ талей машин и конструкций: Сб.научн.тр. - К.: УМК Ю, 1988. -С. 96 - 100.

4. Беженов А.И., Бепсенов С.А. Исследование влияния соетояния'по-верхностного слоя никзлег-го сплава на его долговечность в ус ловиях циклического нагрукения //"Ноше констр. стали и сплав: и методы их обработки ддя повышения надежн. и долговечн. иоде лий": Тез.докл. 1У Всесоюзн. конф.- Запорожье,1939.- С. 31-32

5. Беженов А.И., Беженов С.А., Ройтман А.Б. Определение стадий усталостного разрушение методом акустической ожссг' // XXÏÏ Боеооазн. научи. совещание по проблемам прочности двигателей: Тез.докл. - t.!., 1990. - С. 21 - 22.

6. Ройтман А.Б., Беженов С.А. Исследование кинетики усталостного разрушения нда .ienix сплавов методом акустической омиооии //"Трещиностойхость натериалоя л элементов конструкций? : Тез докл. К Вееооазц.соинпоз. по механике разруыения: В 3 ч. - К. Ин-т пробл. прочности .di УССР, I9>J. - Ч. I. - С. 106.

7. Hoiteaa А.13., Bazhenov S.A. Us о oî tho Acoustic Emission M«-thod for Choosir-s Sur-Taco Troatmoot Conditions ef Cas Turb ie Engine (GT ;) Parts /Ггос.оГ tho Int.Conf.on Airworthinese aud Certification of Aviation Enginos.- Koeeov,¡990,- P. 20!-207.

8. Беженов С.А. О применении акустако-змиссионного контроля ддя анализа усталостного разрушения материалов / Новые констр. ¡-а теркалы, эффективные методы их получения а обработки, пошее-ния надежн. я долговечн. деталей машин в конструкций : Со. па уча. тр. - К.: УМК Ш, 199Г. - С. 28 - 29.

9. Беженов С.А. О применении метода акустической эмиссии для оце

• ки характеристик сопротивления усталости /"Технологии. пробдз

мы прочности несущих конструкций": Труды I Бзеоовзн. конф. -¿-х т., ihX ч. - Запорожье, 1991. - Т.2, 4.2. - С. 242. - 247.

10. Бекс-гюв С.А., Ройтман А.Б., Хуповка Б.П. Акуетоэмисоионный способ конт ля состояния поверхностно го слоя изделий /М.кл, S0IW29/I't ; заявка К ¿»529571/28 от 04.02.91 ; полонит.росе

кие от E8.10.91 г.

11. Hoitraan A.D., Bezhenov A.I., Btibnuv S.A. Fatigue Fracture Kinetics of Metal Alloys / Mechanical Fatigue of Hetals i Proo. of the Xl-th Int. Colloquium I (in 2 Vol.)' ~ Kiev , 1993. - Vol. 2. - P. 66 - 72.

12. Ройтмаи А.Б., Беженов C.A., Степанов H.B., Сшшн С.Л. Акуото-эмиооиошшй способ определения грант стадий уоталооткого разрушения изделий //Автороков овлдетельотт СССР В 1741942., кл. GGLNZ9/14, опубл. 15.07.92, Бвл. Й 26.

13. Беле но в А.И., Беженов С.А. Способ контроля треданообразавания //Авторокое овидетельотво СССР К 1748051, кд. O01N 29/14, опубл. 15.07.92, Бвл. » 26.

Hoitman А.В., Bezhenov S.A. Use of tb» Acoustic Emission for Investigating Fatigue Fraoture Kinetic« of Ni-Alloy / Proo. of the Int. Syrap. on Hondeetructlve Testing & Stress-Strain Measurement. - Tokyo, Japan, 1992. - P. 1 - 8. 15. Boguslaev V.A et al. Rapid Estimation of Endurance of Vanes Using Acoustic Emission / Bosuslaev V.A., Bezhenov 3.A., Banaa F.P. et al. / Proo. of the Int. Symp. on Hondestructive Testing 4 stress-Strain Heasurement. - Tokyo, Japan, 1992. -

P. 9 - 13.