Особенности упрочнения сварных швов шариками в магнитном поле при ремонте лопаток вентилятора и компрессора из титановых сплавов

Abstract

RUS: Цель работы. Исследовать влияние упрочнения шариками в магнитном поле на усталостную прочность (предел выносливости) сварных швов в титановых сплавах. Методы исследования. Исследования проводили на образцах из титанового сплава ВТ3-1, изготовленных по технологии, приближенной к технологии изготовления лопаток. Определение предела выносливости сварных образцов без упрочнения и сварных, обработанных шариками в магнитном поле, проводили ускоренным методом на базе N = 2107 циклов с последующим пересчетом с применением коэффициента α = 0,8 на базу N = 108 циклов [3]. Испытания проводились таким образом, чтобы ось сварного шва находилась в зоне действия максимальных напряжений. Фрактографические исследования проводили на микроскопе STEMI 2000-C фирмы КАРЛ ZEISS. Замеры твердости проводились на микротвердомере LECO LM-248AT, оснащенном системой автом атичес кого измерения твердос ти АМН-43 в соответствии с [6]. Полученные результаты. Анализ полученных результатов показывает, что обработка шариками в магнитном поле повышает предел выносливости сварных образцов на 19%. Разрушения при испытаниях на усталость исходных сварных и сварных, упрочненных шариками в магнитном поле образцов, происходит по месту расположения сварного шва. В околошовной зоне, характеризующейся снижением механических свойств, разрушений при испытаниях на усталость не выявлено. Фрактографический анализ разрушенных образцов показал, что изломы имеют усталостный характер, разрушение происходит по хрупкому механизму. Отличительной особенностью является наличие пор диаметром от 0,05 до 0,15 мм, в большинстве случаев они располагаются в районе очага разрушения. Научная новизна. Установлено, что упрочнение шариками в магнитном поле приводит к повышению усталостной прочности сварных швов. В сварных швах при сварке деталей из титановых сплавов могут образовываться поры. При расположении шва в зоне действия наибольших напряжений, поры могут способствовать снижению усталостной прочности. Практическая ценность. Установлено, что обработка шариками в магнитном поле не приводит к охрупчиванию сварного шва и повышает усталостную прочность сварных образцов, что позволяет рассматривать упрочнение шариками в магнитном поле применительно к ремонту ответственных деталей ГТД, в том числе лопаток вентилятора. UK: Мета роботи. Дослідити вплив зміцнення кульками в магнітному полі на втомну міцність (границю витривалості) зварних швів у титанових сплавах. Методи дослідження. Дослідження проводили на зразках з титанового сплаву ВТ3-1, виготовлених за технологією, наближеною до технології виготовлення лопаток. Визначення границі витривалості зварних зразків без зміцнення і зварних, оброблених кульками в магнітному полі, проводили прискореним методом на базі N = 2107 циклів з подальшим перерахунком із застосуванням коефіцієнта α = 0,8 на базу N = 108 циклів [3]. Випробування проводилися таким чином, щоб вісь зварного шва знаходилась у зоні дії максимальних напружень. Фрактографічне дослідження проводили на мікроскопі STEMI 2000-C фірми КАРЛ ZEISS. Виміри твердості проводилися на мікротвердомірі LECO LM-248AT, оснащеному системою автоматичного вимірювання твердості АМН-43 відповідно до [6]. Отримані результати. Аналіз отриманих результатів показує, що обробка кульками в магнітному полі підвищує границю витривалості зварних зразків на 19 %. Руйнування при випробуваннях на втому вихідних зварних і зварних зразків, зміцнених кульками в магнітному полі, відбувається в зоні розташування зварного шва. В навколошовній зоні, яка характеризується зниженням механічних властивостей, руйнувань при випробуваннях на втому не виявлено. Фрактографічний аналіз зруйнованих зразків показав, що злами мають втомний характер, руйнування відбувається за крихким механізмом. Відмінною особливістю є наявність пор діаметром від 0,05 до 0,15 мм, у більшості випадків вони розташовуються в районі джерела руйнування. Наукова новизна. Встановлено, що зміцнення кульками в магнітному полі приводить до підвищення втомної міцності зварних швів. У зварних швах при зварюванні деталей з титанових сплавів можуть утворюватися пори. При розташуванні шва в зоні дії найбільших напружень пори можуть сприяти зниженню втомної міцності. Практична цінність. Встановлено, що обробка кульками в магнітному полі не призводить до окрихчування зварного шва і підвищує втомну міцність зварних зразків, що дозволяє розглядати зміцнення кульками в магнітному полі стосовно ремонту відповідальних деталей ГТД, у тому числі лопаток вентилятора. EN: Objective. Investigate the effect of hardening by balls in a magnetic field on the fatigue strength (endurance limit) of welds in titanium alloys. Research methods. The studies were carried out on samples of VT3-1 titanium alloy manufactured using a technology close to the technology of manufacturing the blades. The endurance limit of welded specimens without hardening and welded treated with balls in a magnetic field was determined by the accelerated method based on N = 2107 cycles, followed by recalculation using the coefficient α = 0,8 to the base N = 108 cycles [3]. The tests were carried out so that the axis of the weld was in the zone of maximum stress. Fractographic studies were performed on a STEMI 2000-C microscope from KARL ZEISS. Hardness measurements were carried out on a LECO LM-248AT microhardness meter equipped with an automatic hardness measurement system AMN-43 in accordance with [6]. Obtained results. An analysis of the results shows that treating with balls in a magnetic field increases the endurance limit of welded samples by 19 %. Damage during fatigue tests of the original welded and welded, hardened by balls in the magnetic field of the samples, occurs at the location of the weld. In the heat-affected zone, characterized by a decrease in mechanical properties, no damage during fatigue testing was detected. A fracto-graphic analysis of the destroyed samples showed that the fractures are fatigue-like, fracture occurs by a brittle mechanism. A distinctive feature is the presence of pores with a diameter of 0,05 to 0,15 mm, in most cases they are located in the area of the fracture focus. Scientific novelty. It was found that hardening by balls in a magnetic field leads to an increase in the fatigue strength of welds. In welding seams, pores may form during welding of titanium alloy parts. When the seam is located in the zone of action of the highest stresses, the pores can help reduce fatigue strength. Practical value. It was established that processing by balls in a magnetic field does not lead to embrittlement of the weld and increases the fatigue strength of welded samples, which allows considering the hardening by balls in a magnetic field as applied to the repair of critical parts of a gas turbine engine, including fan blades.