Вплив кристалографічної орієнтації кристалітів сплаву АД-1 на процеси руйнування при втомному навантаженні - Автореферат

Не дивлячись на великі успіхи у вивченні закономірностей втоми металів і розвиток технологічних прийомів підвищення витривалості матеріалів і конструкцій, кількість руйнувань внаслідок втоми значна. Це пояснюється ускладненням умов експлуатації, зменшенням запасів міцності, підвищенням рівнів циклічних навантажень, діючих на конструкцію в нормальних умовах експлуатації, впливом агресивного навколишнього середовища та інш. Визначення впливу кристалографічної орієнтації на процес втоми забезпечує можливість керування чутливістю монокристалічних сенсорів. Метою дисертації є наукове обґрунтування способу оптимізації чутливості монокристалічних сенсорів вичерпання ресурсу елементів авіаційних конструкцій, який базується на визначенні впливу кристалографічної орієнтації на процеси руйнування монокристалів алюмінію при втомі. Дослідити закономірності процесів втоми в монокристалічних сенсорах вичерпання ресурсу елементів авіаційних конструкцій різної орієнтації з використанням методу мікротвердості.В результаті для кожного кристаліта були підраховані наступні кристалографічні параметри: - кути між віссю кристалу і осями [100], [110], [111], що характеризують положення повздовжньої вісі кристалу відносно головних осей стандартного кристалографічного трикутника (рис. Інтервал циклічного напрацювання складав 50-200 циклів для кристалітів зразків А і В, 3 - 5 циклів в кристалітах серії Т, 1000 циклів - кристаліти зразку С. Після формування тріщини її поточна довжина визначалась з інтервалом 5 тисяч циклів на начальному етапі розповсюдження тріщини і 1-3 тисячі циклів на стадії її швидкого розповсюдження. В кристалітах, схильних до множинного ковзання (Q-фактор більше 0,9), при перших циклах навантажування спостерігається збільшення мікротвердості з 194,5 МПА до 233,2 МПА - зерно А-3, з 163,8 МПА до 192,5 МПА - зерно В-1, тоді як в кристалітах, схильних до одиничного ковзання (Q - фактор менше 0,9), середня мікротвердість менше початкової на 6,2 МПА в кристаліті А-5 і на 5,0 МПА в кристаліті В-5. Отримано звязок: а) тривалості інкубаційної стадії втоми і стадії розповсюдження втомної тріщини з кристалографічною орієнтацією; б) характеристик процесу руйнування зі станом поверхневого шару, а саме мікротвердістю, в зоні формування втомної тріщини; в) мікротвердості і кінетики втомних тріщин з кристалографічною орієнтацією кристалітів, в яких тріщини розповсюджувались.У результаті виконання дисертаційної роботи виявлено вплив кристалографічної орієнтації на процеси руйнування в кристалітах алюмінієвого сплаву АД-1 при втомному навантаженні. Доведено, що чутливість монокристалічних сенсорів втомного пошкодження елементів авіаційних конструкцій може бути оптимізована шляхом використання монокристалів певної орієнтації. Це дозволяє створити сімейство сенсорів для визначення залишкового ресурсу відповідальних елементів авіаційних конструкцій, які зазнають нерегулярного циклічного навантаження широкого діапазону. Встановлено, що вплив кристалографічної орієнтації на втому монокристалів алюмінію, які застосовуються для виготовлення сенсорів вичерпання ресурсу елементів авіаційних конструкцій, може бути кількісно описаний тільки при урахуванні комплексного впливу максимального фактору Шміда, положення вісі монокристалу відносно основних кристалографічних напрямків і Q-фактору, який характеризує схильність кристалу до одиничного чи множинного ковзання.

Основний зміст

У результаті виконання дисертаційної роботи виявлено вплив кристалографічної орієнтації на процеси руйнування в кристалітах алюмінієвого сплаву АД-1 при втомному навантаженні.

У дисертації одержано такі основні наукові та практичні результати: 1. Доведено, що чутливість монокристалічних сенсорів втомного пошкодження елементів авіаційних конструкцій може бути оптимізована шляхом використання монокристалів певної орієнтації. Це дозволяє створити сімейство сенсорів для визначення залишкового ресурсу відповідальних елементів авіаційних конструкцій, які зазнають нерегулярного циклічного навантаження широкого діапазону.

2. Встановлено, що вплив кристалографічної орієнтації на втому монокристалів алюмінію, які застосовуються для виготовлення сенсорів вичерпання ресурсу елементів авіаційних конструкцій, може бути кількісно описаний тільки при урахуванні комплексного впливу максимального фактору Шміда, положення вісі монокристалу відносно основних кристалографічних напрямків і Q-фактору, який характеризує схильність кристалу до одиничного чи множинного ковзання.

3. Виявлено осциляції мікротвердості кристалітів алюмінієвого сплаву АД-1 при циклічному навантажуванні, які відповідають проходженню точок біфуркації процесу втоми.

4. Розроблена методика, застосування якої дозволило виявити закономірності зміни мікротвердості, що виражаються в утворенні каскаду серій точок біфуркації в процесі втоми. Встановлено, що координати точок біфуркації можуть бути визначені у відповідності зі структурно-енергетичною теорією втоми.

5. Встановлено звязок періодичності осциляцій мікротвердості з кристалографічною орієнтацією. Отримано єдину залежність кількості циклів навантажування до виникнення базової точки біфуркації від приведених дотичних напружень.

6. Визначено кількісний звязок стадій процесу втоми монокристалічних сенсорів з кристалографічною орієнтацією. Отримано регресійні моделі, які дозволяють оцінити кількість циклів навантажування до утворення тріщини і тривалість її розповсюдження з урахуванням впливу кристалографічної орієнтації.

7. Розроблені рекомендації по керуванню чутливістю монокристалічних сенсорів вичерпання ресурсу елементів авіаційних конструкцій на базі отриманих експериментальних даних щодо впливу кристалографічної орієнтації на процес руйнування при втомному навантажуванні в кристалітах з гранецентрованими кубічними кристалічними ґратами. Визначено монокристали яких орієнтувань доцільно використовувати при виготовленні сенсорів різної чутливості.

1. Радченко А.И., Корчук Е.Ю., Карускевич М.В. Исследование инкубационного периода усталости кристаллитов алюминиевого сплава АД-1 методом микротвердости // Проблемы системного подхода в экономике: Сб.научн. тр. - К.: КМУГА, 2000. - Вып. 4. - С. 171-174.

Здобувачем розроблена і апробована методика дослідження мікротвердості кристалітів алюмінієвого сплаву на інкубаційному періоді втоми.

2. Карускевич М.В., Радченко А.И., Корчук О.Ю. Орієнтаційна залежність утомленості кристалітів алюмінієвого сплаву // Вісник НАУ. - 2002. - №2 (13). - С. 146-151.

Здобувачем визначено параметри кристалографічної орієнтації, які характеризують вплив орієнтації на кінетику втомних тріщин в сплаві системи Al-Cu-Mg.

3. Радченко О.І., Корчук О.Ю. Измерение микротвердости как способ исследования дискретных процессов при усталости монокристаллов // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Х.: ХАІ, 2002. - Вип. 34. - С. 181-185.

Здобувачем встановлено закономірності в положенні сплесків мікротвердості кристалітів. Визначена можливість їх прогнозування за допомогою співвідношень структурно-енергетичної і дискретно-імовірносної теорій втоми.

4. Карускевич М.В., Корчук О.Ю. Діагностичні параметри втоми монокристалів // Авиационно-космическая техника и технология. - Х.: ХАИ, 2005. - Вып. 10 (26). - С. 79-83.

Здобувачем визначено вплив кристалографічної орієнтації на процес зміни мікротвердості і руйнування кристалітів сплаву АД-1.

5. Корчук О.Ю. Накопичення пошкоджень і руйнування кристалітів алюмінієвого сплаву // Вісник НАУ. - 2005. - №3. - С. 112-116.

6. Радченко О.І., Корчук О.Ю. Зміни мікротвердості різноорієнтованих монокристалів алюмінію при втомі // Матеріали ІІІ Міжнар. наук.-техн. конф. АВІА-2001 (24-26 квітня 2001 р.). - К.: НАУ, 2001. - С. 03.118-03.120.

Здобувачем проведено моніторинг мікротвердості різноорієнтованих зерен сплаву АД-1. Виявлено каскад серій точок біфуркації процесу втоми.

7. Радченко А.И., Корчук Е.Ю., Пантелеев В.М. Оценка усталостного повреждения деталей по результатам измерений на инкубационной стадии усталости // Проблеми динаміки і міцності в газотурбобудуванні: Матеріали Міжнар. наук.-техн. конф. (9-11 жовтня 2001 р.). - К.: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренка, 2001. - С. 113-114.

Здобувачем досліджена можливість застосування неруйнівного методу мікротвердості для моніторингу стану поверхні елементів конструкцій при дії нерегулярних циклічних навантажень.

8. Корчук Е.Ю. Исследование изменения микротвердости разно-ориентированных кристаллитов алюминиевого сплава АД-1 на инкубационной стадии усталости // Наука і молодь: Матеріали наук.-техн. конф. - К.: НАУ, 2001. - С. 3.

9. Карускевич М.В., Корчук О.Ю. Вплив кристалографічної орієнтації на мікромеханічні характеристики і втомне пошкодження кристалітів алюмінієвих сплавів // АВІА-2004: Матеріали VI Міжнар. наук.-техн. конф. (26-28 квітня 2004 р.). - К.: НАУ, 2004. - С. 32.17-32.20.

Здобувачем встановлено звязок характеристик процесу руйнування кристалітів сплаву АД-1 з мікротвердістю в зоні формування втомної тріщини.

10. Радченко А.И., Пантелеев В.М., Корчук Е.Ю., Борисов Д.И. Осцилляция физико-механических свойств металлов и сплавов при усталости // АВІА-2004: Матеріали VI Міжнар. наук.-техн. конф. (26-28 квітня 2004 р.). - К.: НАУ, 2004. - С. 32.13-32.16.

Здобувачем виявлені осциляції мікротвердості в кристалітах сплаву АД-1 на інкубаційній стадії втоми.

11. Корчук О.Ю. Вплив кристалографічної орієнтації на процес деформаційного пошкодження // Наука і молодь. - К.: НАУ, 2004. - Вип. 4. - С. 27-30.

12. Радченко А.И., Пантелеев В.М., Корчук Е.Ю., Борисов Д.И. Осцилляции свойств металлов и сплавов при усталости // Динаміка, міцність і ресурс машин та конструкцій: Тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. (1-4 листопада 2005 г.). - К.: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренка, 2005. - С. 290-291.

Здобувачем визначено, що виникнення осциляцій мікротвердості кристалітів сплаву АД-1 при різних рівнях циклічного навантажування повязане з сінергетичними процесами в різних кристалографічних площинах.

Размещено на .ru