Исследование циклической трещиностойкости в вакууме для дисков газотурбинного двигателя, изготавливаемых из гранулируемого никелевого сплава ЭП741НП

DOI: 10.34759/vst-2023-2-99-105

Авторы

Немцев Д. В.^1*, Потапов С. Д.^2**, Артамонов М. А.^1***

1. Опытно-конструкторское бюро им. А. Люльки, филиал ОДК-Уфимского моторостроительного производственного объединения, ОКБ им. А. Люльки, ул. Касаткина, 13, Москва, 129301, Россия
2. Центральный институт авиационного моторостроения им. П. И. Баранова, ЦИАМ, Авиамоторная ул., 2, Москва, 111116, Россия

*e-mail: dmitrij_n@inbox.ru
**e-mail: potapov_sd@ciam.ru
***e-mail: maxartamonov@gmail.com

Аннотация

В дисках ГТД, изготавливаемых из гранулируемых никелевых сплавов, возможно наличие внутренних дефектов металлургического характера. При циклических нагрузках от данных дефектов возможен рост трещины в условиях вакуума. В работе представлены конструкция специальных образцов и методика определения скорости роста трещины усталости в вакууме для гранулируемых никелевых сплавов. Проведено сравнение результатов испытаний образцов на скорость роста трещины усталости в вакууме с результатами испытаний в воздушной среде по количеству испытательных циклов нагружения и по результатам предварительных фрактографических исследований поверхностей изломов образцов. Результаты испытаний показали существенное снижение скорости роста трещины усталости в вакууме.

Ключевые слова:

трещиностойкость дисков газотурбинного двигателя, скорость роста трещины усталости в вакууме, гранулируемый никелевый сплав ЭП741НП

Библиографический список

1. Волков А.М., Востриков А.В. Сопротивление гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов разрушению при малоцикловой усталости (обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2016. № S1(43). С. 74— DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-S1-74-79
2. Гогаев Г.П., Немцев Д.В. Исследование влияния полетных условий на повреждаемость диска турбины высокого давления высокоманевренного летательного аппарата // Вестник Московского авиационного института. Т. 26. № 1. С. 134–142.
3. Авиационные правила. Ч. 33. Нормы летной годности двигателей воздушных судов. —М.: Авиаиздат, 2012. — 33 с.
4. Школьник Л.М. Скорость роста трещин и живучесть металла. — М.: Металлургия, 1973. — 216 с.
5. Gayda J., Gabb T.P., Miner R.V. Fatigue Crack Propagation of Nickel-Base Superalloys at 650°C. NASA Technical Memorandum 87150, 1985.
6. Everitt E., Starink M.J., Reed P.A.S. Temperature and Dwell Dependence of Fatigue Crack Propagation in Various Heat Treated Turbine Disc Alloys // 11th International Symposium on Superalloys (14-18 September 2008; Champion, Pennsylvania, USA), pp. 741-750.
7. Hunt D.W., Skelton D.K., Knowles D.M. Microstructural Stability and Crack Growth Behaviour of a Polycrystalline Nickel-Base Superalloy // 9th International Symposium on Superalloys (17-21 September 2000; Champion, Pennsylvania, USA), pp. 795-802. DOI: 10.7449/2000/Superalloys_2000_795_802
8. Hide N.J., Henderson M.B., Reed P.A.S. Effects of Grain and Precipitate Size Variation on Creep-Fatigue Behaviour of Udimet 720LI in Both Air and Vacuum // 9th International Symposium on Superalloys (17-21 September 2000; Champion, Pennsylvania, USA), pp. 495-503. DOI: 10.7449/2000/Superalloys_2000_495_503
9. ОСТ 1 92127-90. Металлы. Метод определения скорости роста усталостной трещины при испытании с постоянной амплитудой нагрузки. — М.: НПО «ВИАМ», 1991. — 59 с.
10. ASTM E647. Standard Test Method for Measurement of Fatigue Crack Growth Rates. URL: https://www.astm.org/standards/e647
11. ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. — М.: Изд-во стандартов, 1991. — 25 с.
12. ASTM E606/E606M. Standard Test Method for Strain-Controlled Fatigue Testing. URL: https://www.astm.org/e0606_e0606m-21.html
13. Немцев Д.В., Артамонов М.А. Основанная на вейвлет-преобразовании методика для автоматизированного определения шага усталостных бороздок образцов, испытанных на МЦУ // Живучесть и конструкционное материаловедение (ЖивКоМ — 2022): сборник трудов VI Международной научно-технической конференции (27–29 октября 2020; Москва). — М.: ИМАШ РАН, 2022. С. 265–268.
14. Шанявский А.А. Безопасное усталостное разрушение элементов авиаконструкций. — Уфа: Монография, 2003. — 802 с.
15. Schijve J. Fatigue of Structures and Materials. — Second Edition. — Springler, 2009. — 622 p. DOI: 10.1007/978-1-4020-6808-9
16. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1985. — 504 с.
17. Потапов С.Д., Перепелица Д.Д. Способ обработки результатов испытаний образцов на скорость роста трещины при постоянной амплитуде нагружения // Вестник Московского авиационного института. 2012. Т. 19. № 2. С. 94—
18. Артамонов М.А., Немцев Д.В., Меденцов В.Э., Соловьев В.С. Исследование испытанных на малоцикловую усталость цилиндрических образцов из никелевого сплава ЭП741НП для определения параметров Периса и периода зарождения трещины // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2019. № 56. С. 103–113. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.56.09
19. Artamonov M.A., Nemtsev D.V., Medentsov V.E., Solovyev V.S. The Influence of Temperature and Stress Cycle Asymmetry at Fatigue Cracks Initiation and Propagation in Cylindrical Specimens of Ni-based Alloy EP741NP // Procedia Structural Integrity. Vol. 23, pp. 257-262. DOI: 10.1016/j.prostr.2020.01.096
20. Морозов Е.М. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения. — М.: Ленанд, 2010. — 456 с.