Работа студента. уирс. Фреттинг

• Название: Фреттинг
• Анкор: Работа студента
• Дата: 07.09.2021
• Размер: 1.71 Mb.
• Имя файла: уирс.docx
• Тип: Курсовая; #230192

Московский Авиационный Институт

(Национальный Исследовательский Университет)

Курсовая работа по дисциплине УИРС

на тему:

«Фреттинг»

Выполнил: студент

Гр. 2О-501с

Зюзин Д. А.

Проверил: преподаватель

Жиров С.В.

Москва

2018

Оглавление

Введение 3

Фреттинг-коррозия в прочностных характеристиках 6

Методы повышения сопротивления фреттинг-усталости 11

Вывод 14

Список используемой литературы 15

Введение

Фреттинговый износ — механический износ тел, пребывающих в контакте, в условиях малых колебательных относительных их перемещений.

Интенсивность износа возрастает при работе деталей в агрессивных средах. В данном случае повреждение соединённых поверхностей происходит в условиях фреттинг-коррозии. На поверхностях контактирующих деталей защитные окислительные плёнки разрушаются, оголяется чистый металл. Происходит отделение частичек металла, которые впоследствии окисляются. Поэтому продуктами износа при фретинг-коррозии, как правило, являются оксиды. Оксиды производят абразивное действие, зависящее от их твёрдости и размеров их частичек в продуктах износа.

Для появления данного вида износа достаточны относительные перемещения поверхностей с амплитудой от 0,025 мкм.

Фреттинговый износ возникает в заклёпочных, резьбовых, шлицевых, шпоночных и штифтовых соединениях, посадках деталей с натягом, стальных канатах, шарнирах, муфтах, рессорах, клапанах, регуляторах электрических контактов, кулачковых механизмах, автоматах перекоса винта вертолётов, деталях газотурбинных двигателей.

Согласно теории К.Г. Райта на начальном этапе фреттинга в результате адгезии образуются «мостики» сварки. При относительных смещениях эти связи разрушаются с образованием твѐрдых частиц на поверхностях неровностей. При последующем смещении тел образовавшиеся частицы могут вызывать микро резание или пластическое оттеснение материала сопряжѐнной поверхности и дополнительное образование продуктов износа, количество которых зависит от твѐрдости поверхностей. Отделившиеся от основного металла частицы при наличии кислорода в зависимости от условий аэрации образуют различные окислы, но малая амплитуда относительных перемещений затрудняет выход окислов из зоны контакта, способствуя скоплению продуктов износа между сопряжѐнными поверхностями. Когда толщина зоны продуктов износа достигает равновесного значения, создаются условия скольжения окисла по окислу, выполняющие роль твѐрдой смазки, интенсивность износа снижается. Кроме того, К.Г. Райт предполагал возможность внедрения твѐрдых частиц износа в металлическую поверхность и образование вследствие этого трещин, которые при действии циклической нагрузки развиваются, что в конечном счѐте, приводит к разрушению детали.



Рис. 1.1. Модель разрушения поверхности при фреттинг-коррозии:

а - стадия I - упрочнения поверхностных слоев; б - стадия II - накопления усталостных повреждений (инкубационный период); в – стадия III - усталостно-коррозионного разрушения поверхности; 1 - высокодисперсный слой: 2 - зона повреждаемости третьего типа; 3 - металлические частицы; 4 - окислы; 5 - зона повреждаемости второго типа; 6 - зона фактического контакта (зона повреждаемости первого типа); 7 - сопряжѐнная поверхность
Повреждения поверхностей вследствие износа при фреттинге служат концентраторами напряжений и снижают предел выносливости материала деталей. В случае удаления продуктов износа из зоны трения происходит ослабление посадок с натягом, возрастание вибраций.

Скорость износа при фреттинге возрастает при увеличении амплитуды микросмещений до некоторого граничного значения (< 2,5 мм). Повышение частоты микросмещений также ускоряет скорость износа, но начиная с некоторой частоты, скорость износа уменьшается.

При эксплуатации различных машин имеют место усталостные разрушения валов или осей с прессовыми посадками, вызванные процессом фреттинга, но, тем не менее, в качестве основной причины этих разрушений до сих пор ряд специалистов считает, что снижение предела выносливости, связан с концентрацией напряжений К, возникающей на границе контакта втулки и вала. В качестве доказательства приводятся результаты испытаний на усталость моделей осей, где в некоторых случаях наблюдалось совпадение эффективных коэффициентов концентрации на моделях с напрессованными втулками и цельных моделях, повторявших по форме первые.

Фреттинг-коррозия в прочностных характеристиках

С повышением прочностных характеристик материала деталей роль процесса фреттинг-коррозии возрастает и становится решающей по сравнению с эффектом концентрации напряжений К от прессовых посадок.

Рис. 1.2. Основные схемы испытаний на усталость в условиях фреттинг-коррозии:

а) плоский консольный изгиб (жѐсткое нагружения); б) плоский изгиб консольный изгиб (мягкое нагружения); в) плоский симметричный изгиб (мягкое нагружения);

г) консольный изгиб с вращением (жѐсткое нагружения); д) консольный изгиб с вращением (мягкое нагружение);е) растяжение-сжатие (мягкое нагружение);

ж) растяжение-сжатие (мягкое нагружение); з) растяжение-сжатие (жѐсткое нагружение); и) симметричное кручение (жѐсткое нагружение);

к) симметричное кручение (мягкое нагружение).

Степень повреждения контактирующих поверхностей зависит от основных параметров процесса: давления в зоне контакта, амплитуды относительных перемещений, частоты перемещений, от исходных механичен-ких, физических и химических свойств материала взаимодействующих тел и от химической активности окружающей среды.Часто в практике эксплуатации ГТД имеют место разрушения замковых соединений лопаток компрессора. Здесь очагами усталостных разрушений являются повреждения от фреттинг- коррозии.

Факторами, способствующими этим разрушениям являются наличие значительных по величине переменных напряжений, возникающих при колебаниях профильной части лопатки, по первой изгибной или крутильный форме. Местное повышение давления на контактной грани хвостовиков вследствие плохого прилегания площадок контакта.

Примеры типичных разрушений замковых соединений типа ласточник хвост показаны на рис. 1.3. Нужно подчеркнуть, что подобный дефект может иметь место и на рабочих лопатках с бандажными полками.



Рис. 1.3. Примеры типичных разрушений замковых соединений типа «ласточкин хвост» лопаток компрессора:

а) сталь 13X11H2B2MФ, угол наклона контактной грани, хвостовика α=700;

б) сталь 14X17H2, α=700; в) сплав ВТ9.α=360, г) сплав ВТ8.α=450.

Проблема защиты деталей от фреттинг-коррозии решается, в первую очередь, за счет правильного выбора коррозионностойких материалов. Этому способствует широкое применение титановых и никелевых сплавов и, отчасти, коррозионно-стойких сталей. Из опыта эксплуатации ГТД следует, что практически всегда возникают условия, когда детали могут подвергаться различными видами коррозии (точечной, межкристаллитной, солевой, газовой и т. д.). Этому кроме напряженности детали способствуют:

─ внешняя среда, включая температуру;

─ технологическая наследственность;

─ повреждения эрозией, забоины и т. д.

Для основных конструкционных материалов, применяемых в компрессорах ГТД, получены зависимости относительного предела выносливости от А_p и р (рис. 2.2). Наибольшее снижение предела выносливости отмечено при таких сочетаниях А_p и р, когда в зоне контакта преобладает процесс схватывания ( A_p= 5 ... мкм). Наименьшее — при абразивном износе ( A_p> 201 мкм).

Максимальное снижение свойств материала, поврежденного фреттингом, соответствует узкому диапазону значения.



Рис. 2.2. Зависимость для различных материалов, поврежденных фреттингом:

от давления (а) и амплитуды (б):

а) 1 - сталь 13Х11Н2В2МФ (Тотп =560ºС), р=125 МПа; 2 - сплав ВТЗ-1,р = 50 МПа;

3- сплав ВТ8, р = 125 МПа; 4 - сталь 13Х1Ш2В2МФ (Тотп =680ºС),р = 50 МПа;

б) 1 - 13Х11Н2В2МФ (Тотп=560ºС) A_p = 14 мкм; 2)сталь13Х1Ш2В2МФ (Тотп=680ºС), A_p = 16мкм; 3 - сплав ВТЗ-1, A_p = 14 мкм; 4 - сплав ВТЗ A_p =11 мкм

Методы повышения сопротивления фреттинг-усталости

Повреждение поверхностей контакта связано с рядом факторов, определяющих процесс фреттинга, которые действуют одновременно во взаимосвязи, образуя единый механизм механо-физико-химических процессов. Роль каждого из факторов в частном случае проявляется по-разному, что затрудняет разработку универсальных методов борьбы с фреттинг-усталостью.

К мероприятиям, уменьшающим амплитуду относительных перемещений, можно отнести конструктивные решения, включающие для прессовых соединений увеличение натяга, а для малоподвижных соединений- повышение демпфирующих свойств конструкции, способствующих снижению переменных напряжений.

Основными методами, способствующими повышению сопротивления фреттинг-усталости деталей, являются:

─ поверхностные упрочняющие обработки, включающие поверхностное пластическое упрочнение, или химико-термические обработки;

─ повышение термодинамической стабильности поверхностного слоя за счет его физико-химической модификации, нанесение изоляционных покрытий;

─ изменение коэффициента трения в зоне контакта за счет применения твердых смазок на основе дисульфид молибдена, гальванических или диффузионных покрытий и др.;

─ подбор контактирующих пар материалов и защитных покрытий, играющих роль протектора и препятствующих электрохимической коррозии 68

материала в зоне контакта.

Для деталей ГТД, эксплуатирующийся при температурах, не превышающих температуру старения материала, наиболее эффективными являются поверхностные упрочняющие обработки в сочетании с антифрикционными покрытиями ( Ni- Cd, Ag, Ni–In и др.).

Для повышения износостойкости антивибрационных полок лопаток применяют детонационное напыление площадок контакта.

Защита изделий от фреттинг-коррозии

Правильный подбор материалов. Для деталей компрессора из сталей 15Х16К4Н2МВФАБ, 13Х11Н2В2МФ, ХН45МВТЮБР, эксплуатирующийся при температуре до 6000С во все климатических условиях и подверженных фреттинг-коррозии, разработано ликѐрное покрытие ВПМСА на основе алюмохромфосфатного связующего с наполнителем из дисилицида молибдена (МоS2) с фракцией менее 10мкм. На поверхности хвостовиков, повреждаемых фреттингом, окончательно готовых лопаток компрессора, имеющих на профильной части покрытие СДП-1+ВСДП-20(ВП), наносят покрытиеВПМСА .Целесообразно для предотвращения возникновения фреттинг-коррозии сочетать мягкие металлы с твердыми. Доказано, что при скольжении стальной поверхности о стальную  разрушение намного больше, чем скольжении стали о сталь, покрытую свинцом. Даже при больших нагрузках мягкий металл предотвращает контакт с окружающей средой. Разрушение также уменьшается из-за того, что более мягкий металл может при срезе «течь», а не тереться.

Для контакта со стальной поверхностью рекомендовано использовать сталь, покрытую оловом, индием, кадмием, свинцом, серебром.

Применение смазок для предотвращения фреттинг-коррозии. Эффективный метод, часто используемый в условиях небольших нагрузок. Поверхность предварительно подвергают фосфатированию. Полученную пористую пленку обрабатывают смазкой низкой вязкости, которая проникает глубоко в поры и благодаря этому достаточно долго остается на изделии. Недостатком этого метода можно считать то, что это все-таки временная защита, смазка рано или поздно удаляется в результате скольжения.

Проектирование контактирующих поверхностей с устранением скольжения. Эффективно, но достигнуть достаточно тяжело.

Применение специальных покрытий. Для предотвращения контакта поверхности раздела с воздухом.

Применение материалов с низким коэффициентом трения и прокладок. Такие материалы используют только при маленьких нагрузках в связи с их небольшой прочностью. Резина, например, амортизирует колебания и предотвращает скольжение.

Применение кобальтовых сплавов. Дает положительный эффект  только в присутствии воды.

Вывод

В настоящее время проблемы фреттинг-усталости и фреттинг-коррозии весьма актуальны, так как приводят к серьёзным разрушениям, повреждениям и коррозии нагруженных деталей узлов ГТД. Современные методы борьбы с данными процессами позволяют снизить воздействие негативных факторов и добиваться более приемлемых показателей прочности и коррозионностойкости.

Список используемой литературы

1. 
   “фреттинг-коррозия и фреттинг-усталость в малоподвижных соединениях гтд и энергетических машин” а.н. петухов
   

2. 
   диссертация на тему:”повышение надежности малоподвижных соединений деталей авиационных двигателей, подверженных в эксплуатации влиянию фреттинг-коррозии” хаинг мин
   

3. 
   https://ru.wikipedia.org/wiki/
   

4. 
   http://tech-e.ru/2009_4_37.php