Механические свойства КМ в переходной зоне замок – перо модельной лопатки

Нагрузка в момент разрушения Рр, кгс
Напряжения растяжения в момент разрушения, σр, МПа
Напряжения среза в момент разрушения, τс, МПа

 

Значения усилий разрушения оказались вполне удовлетворительными, не менее чем двойная эксплуатационная нагрузка; это свидетельствует о работоспособности переходной зоны перо – замок при действии центробежных сил.

При усталостных испытаниях по первой изгибной форме моделей рабочих лопаток при напряжении σ_-1 = 200 МПа детали выдержали базовое число циклов N = 2×10⁷ без разрушения.

На основании комплексных параллельно выполняемых исследований прочности отдельных составляющих композиционного материала (волокна, матрицы), теоретической (расчетной) оценки прочностных и упругих свойств создаваемого КМ различной структуры, исследования технологических вариантов создания КМ (способов получения каркаса, методов

 

в

б

a

Рис. 10.23. Предлагаемый вариант изготовления рабочей лопатки компрессора из КМ(пояснения в тексте)

 

пропитки, термической обработки и др.), экспериментальных исследований статических и динамических свойств образцов из КМ и модельных деталей – лопаток компрессора [34 – 37] – все это позволило разработать техническое задание на проектирование лопаток компрессора и выпуска рабочей документации с учетом структуры КМ – количества слоев, места и направления укладки слоев, вариантов усиления замковой части и зон перехода перо – замок и др. В этой же документации регламентирована технология получения лопатки из КМ.

На рис. 10.23 показан один из возможных вариантов исполнения лопатки. Позиция 1 – перо лопатки, выполнено в основном с продольными волокнами; позиция 2 – для усиления замка и переходной зоны перо–замок дополнительно введены слои с поперечными волокнами.

В заключение следует сказать, что, несмотря на значительный объем выполненных теоретико–экспериментальных работ до запуска лопаток компрессора в серийное производство, предстоит значительная доработка многих этапов изготовления деталей из КМ; это касается совершенствования технологии и оборудования для изготовления каркаса; совершенствования пресс-формы и технологии литья (пропитки) в объем каркаса, здесь же следует оценить возможность легирования магниевого сплава (матрицы) вместе с вариантами последующей термической обработки; важной задачей является нахождение способов повышения адгезионной прочности сцепления поверхности волокон с матрицей; нельзя не отметить проблему повышения коррозионной и эрозионной стойкости поверхности лопаток из КМ.

 

Вопросы для проверки знаний

 

Раздел 10.1

1. По мнению экспертов, каким будет ХХI век с точки зрения науки и технологии?

2. Что подразумевается под нанотехнологической революцией?

3. Охарактеризуйте принципиальный базис нанотехнологии получения наноструктурированного материала поверхности.

4. Какой основной принцип нанотехнологий?

5. Чем обусловлено стремление получения материала с наноструктурой по сравнению с традиционной структурой?

6. Охарактеризуйте причины размерных эффектов при переходе материала с микроструктурного состояния в наноструктурное.

7. Охарактеризуйте закон Петча – Холла.

8. Охарактеризуйте закономерности изменения свойств при переходе структуры от макро- до наноструктурного состояния.

9. В чем суть наноиндентирования поверхности?

10. Охарактеризуйте ионную имплантацию с позиции нанотехнологии.

11. Охарактеризуйте вакуумную ионно-плазменную кондесацию веществ на поверхности с позиций нанотехнологий

 

Раздел 10.2

1. Что понимается под прототипированием?

2. В каких случаях применяются технологии быстрого прототипирования?

3. Какие есть направления изготовления трехмерных объектов?

4. В чем суть лазерной стереолитографии?

5. Охарактеризуйте селективное лазерное спекание – как способ получения трехмерных объектов.

6. Охарактеризуйте LOM–процесс.

7. Охарактеризуйте FDM–технологию.

8. Приведите примеры промышленного применения технологий прототипирования.

 

Раздел 10.3

1. Почему металлы и сплавы на их основе становятся непригодными для изготовления ряда деталей для ГТД 5- и 6-го поколения?

2. В чем заключается комплексность задачи получения деталей из КМ?

3. В чем заключается сложность изготовления деталей (например, лопаток компрессора) из КМ?

4. В самом общем виде, каким образом выглядит структура КМ?

5. Чем определяется тип композиционного материала?

6. В чем суть методики создания композиционного материала и детали из него?

7. Чем объяснить то, что для лопатки компрессора наиболее рациональным является КМ типа бормагний?

8. Из каких этапов состоит технология изготовления лопатки компрессора из КМ?

9. При создании КМ какие параметры варьируются для получения материала с различной структурой?

 

 

[1]Данный раздел основывается на материалах научно-исследовательских работ, выполняемых под руководством д-ра техн. наук, профессора А.А. Рыжова