Технологический процесс дефектации деталей авиационной техники при ремонте. Дипломная (ВКР). Транспорт, грузоперевозки. 2015-11-19

3.2 Виды
поверхностного разрушения

Термин «поверхностное разрушение» означает не
только преимущественную локализацию разрушения в поверхностном слое деталей
(разрушение может развиться и на большую глубину). Он употребляется главным
образом для того, чтобы подчеркнуть, что в основе этих видов разрушений лежат
механизмы контактных взаимодействий поверхностей в определенных условиях
внешнего нагружения и рабочих сред.

К поверхностным разрушениям могут приводить коррозионные
процессы, дефекты химико-термической обработки и т.д., но, как показывает опыт,
надежность и долговечность работы машин в основном определяются трением,
смазкой и износом деталей.

Многие ответственные дорогостоящие детали авиационных машин и
механизмов часто отбраковываются в ремонте только из-за недостаточной
поверхностной прочности, под которой понимается сопротивление поверхностных
слоев разрушению или остаточной деформации в результате контактного или
объемного нагружения.

Изнашивание — это процесс разрушения поверхностных слоев, при
трении, приводящий к постепенному изменению размеров, формы и состояния
поверхностей деталей. Износ — результат процесса изнашивания.

Различают допустимый износ, при котором изделие сохраняет
работоспособность, и предельный (ГОСТ 23.002-78). Численными оценками износа
являются скорость изнашивания — мгновенная или средняя (отношение значения
износа к интервалу времени, в течение которого он возник) и интенсивность
изнашивания (отношение значения износа к обусловленному пути, на котором
происходило изнашивание, или объему выполненной работы).

Многообразие явлений и процессов при трении и изнашивании
связано в основном с особенностями строения поверхностных слоев материалов и
особенностями их контактного нагружения. Строение поверхностного слоя
обусловлено рядом факторов. Во-первых, поверхностный слой обладает значительной
свободной энергией, активно взаимодействует с внешней средой (протекают
диффузионные, адгезионные, адсорбционные и другие процессы).

Во-вторых,
физико-химические свойства поверхностного слоя, его структура и напряженное
состояние существенно отличаются от объема материала. В-третьих, в процессе
работы узла трения параметры поверхностного слоя непрерывно изменяются, т.е.
являются метастабильными.

Условия нагружения узлов трения, так же как и других частей
ЛА, характеризуются высоким уровнем случайных вибраций, что вызывает частотно-амплитудное
модулирование контактных напряжений, которое и определяет закон нагружения
контактирующих при трении поверхностей.

Разнообразие и общие закономерности процессов трения и
изнашивания могут быть объяснены на основании энергетической теории структурной
приспособляемости материалов, согласно которой при трении происходит
перестройка исходной структуры поверхностных слоев трущихся материалов в
устойчивую, энергетически более выгодную форму для данных условий нагружения.

Предлагаем ознакомиться  Влияет ли количество прописанных людей на размер квартплаты — Юридическая консультация

Допустимым и чрезвычайно распространенным при работе деталей
авиационных машин является окислительное изнашивание, представляющее собой
непрерывный процесс образования и разрушения на поверхностях трения тончайших
пленок окислов. Окислительное изнашивание возникает при трении скольжения и
трении качения в условиях сухого контакта и при граничной смазке.

При незначительном темпе износа процессы окислительного
изнашивания в каждом конкретном случае приводят к образованию оптимальной по
качеству поверхности.

Изнашивание при заедании возникает в результате схватывания
(атермического, или первого рода; термического, или второго рода), глубинного
вырывания материала, переноса его с одной. поверхности на другую и воздействия
возникших неровностей с сопряженной поверхностью.

Для деталей, работающих в условиях трения качения
(подшипники, зубчатые колеса и т.п.), характерно так называемое усталостное
изнашивание (осповидный износ или питтинг). Усталостный износ является
результатом интенсивного разрушения поверхностей деталей машин при трении
качения, обусловленного пластической деформацией, внутренними напряжениями,
особыми явлениями усталости металла. Следствием этого является образование на
поверхности трения микротрещин, трещин, единичных групповых впадин.

Основными причинами усталостного изнашивания являются
напряжения сжатия и сдвига, возникающие под действием передаваемого усилия при
одновременном качении и скольжении и достигающие 1000 — 1500 МПа, а также
остаточные напряжения первого рода. Они образуются, вопервых, в результате
механической обработки поверхностей деталей (при некачественном шлифовании
достигают 1500 — 2000 МПа) и, во-вторых, вследствие пластического динамического
деформирования поверхностных слоев металла деталей. В этом случае напряжения
достигают приблизительно 2000 МПа.

Абразивное изнашивание вызвано попаданием абразивной среды в
зону трения и заключается в разрушении поверхностей деталей машин в результате
местной пластической деформации, микроцарапин и микрорезания. Снимая
поверхностные защитные пленки, абразив может вызвать схватывание.

Наиболее сложным является процесс фреттинг-коррозии. Этот вид
изнашивания характерен для деталей, работающих в условиях микроперемещений
вибраций. При этом на контактирующих поверхностях обнаруживаются следы
усталостного, абразивного, интенсивного окислительного износов.

Предлагаем ознакомиться  Коды регионов транспортных средств в РФ

Основной
причиной разрушения поверхностных слоев металлов в условиях фреттинг-коррозии
являются усталостные й коррозионные процессы. При фреттинг-коррозии создаются
также благоприятные условия для протекания электрохимических процессов, которые
наряду с другими факторами (усталостные явления) определяют механизм и
избирательность разрушения контактирующих металлов.

Известны три стадии
развития фреттинг — коррозии: 1-й период упрочнения поверхностей контакта и
циклической текучести поверхностных слоев; 2-й инкубационный период
(формирование электролитической прослойки и накопление усталостной
повреждаемости); 3-й период коррозионно-усталостного разрушения.

Рисунок 2.1 — Модель разрушения поверхности при
фреттинг-коррозии

Фреттинг-коррозия объемно-напряженного материала снижает его
циклическую долговечность в 1,5 — 2,5 раза, в то же время степень снижения
долговечности возрастает на порядок, если фреттинг-коррозия развивается под
действием объемных циклических нагрузок.

Очень часто на поверхностях деталей авиационных машин
наблюдается несколько видов разрушения (изнашивания). Поэтому особое внимание
при дефектации необходимо уделять ведущему виду разрушения поверхности,
влияющему на надежность и долговечность работы данного узла.

Таким образом, определение ведущего процесса изнашивания при
дефектации позволяет не только объективно оценить пригодность детали для
дальнейшей эксплуатации, но и правильно выбрать технологический метод восстановления
поверхности, обеспечивающий наибольшую износостойкость.

Многие силовые детали ЛА (особенно нижние панели обшивки
крыла и хвостового оперения, обшивка фюзеляжа, детали и узлы из магниевых
сплавов, направляющие рельсы закрылков) подвергаются коррозии. Коррозионные
поражения конструкции ЛА, особенно после длительной эксплуатации, являются
одними из наиболее распространенных.

Коррозия может оцениваться массой металла,
прокорродировавшего на единице поверхности в единицу времени, глубиной
проникновения коррозии, изменением механических свойств (снижением предела
прочности).

Наиболее широко распространенными и опасными видами
коррозионного поражения планера ЛА являются межкристаллитная и точечная
(питтинговая) коррозия при сравнительно небольшом количестве
прокорродированного металла. Эти виды коррозии вызывают значительную потерю прочности.

Межкристаллитная коррозия, как правило, развивается без существенных изменений
открытой для наблюдателя поверхности конструкции и требует для своего
обнаружения применения специальных методов. Частным случаем химической коррозии
является газовая, которой подвержены детали газотурбинного двигателя.

Предлагаем ознакомиться  Вексель на балансе - лист 06 в декларации - "Студенточка"

Интенсивность газовой коррозии в значительной степени зависит
от состава газовой среды, температуры и материала детали, так как газовая
коррозия обладает избирательной агрессивностью по отношению к различным
металлам. В связи с циклическим характером изменения температуры в горячем
тракте ГТД корродирующие детали постоянно подвержены температурным деформациям.

Как правило, детали, подвергающиеся газовой коррозии,
испытывают значительные рабочие напряжения. Реакционная активность металлов при
деформации повышается, что значительно усиливает процесс как коррозионного, так
и механического разрушения.

Коррозия под напряжением может носить сплошной или местный
характер и называется коррозионным растрескиванием (при статических
напряжениях) или коррозионной усталостью (при циклическом характере напряжений).

Сопротивление металлов газовой коррозии в значительной
степени определяет их жаростойкость.

Коррозия деталей ЛА может также проходить в среде топлив и
смазочных масел. Коррозионная активность нефтепродуктов обусловлена несколькими
причинами. Прежде всего механизм коррозии связан с взаимодействием серы и ее
соединений (сероводород, сульфаты, меркаптаны и т.д.) с поверхностью металла,
что приводит к образованию и последующему разрушению пористых, непрочных слоев
сульфидов.

В процессе окисления масел образуются низкомолекулярные
кислоты (масляная, пропиновая, уксусная, муравьиная), весьма агрессивные по
отношению к цветным сплавам. Коррозионная активность масел значительно
повышается при попадании в них воды. В этом случае наряду с химическим имеет место
электрохимический механизм коррозионного поражения.

Авиационные топлива, масла и специальные жидкости, как
правило, содержат присадки химических активных веществ, улучшающие их рабочие
свойства. В то же время сера и содержащие серу вещества, хлор и его соединения,
а также другие активные элементы могут вызвать значительный рост интенсивности
коррозионного поражения, особенно деталей из цветных сплавов.

Кроме перечисленных повреждающих процессов, разрушение
деталей ЛА может быть вызвано также эрозией и кавитацией.

Эрозия вызывается динамическим воздействием высокоскоростного
потока жидкости или газа на поверхность, сопровождаемым усталостными и
физико-химико-механическими явлениями разрушения поверхностных слоев. Эрозии,
например, подвергаются слои уплотнительных материалов проточной части ГТД,
поверхности деталей лабиринтных уплотнений и т.п.

Кавитация может приводить к разрушению поверхностей агрегатов
гидрогазовых систем и сопровождаться коррозионными явлениями.