Розробка методики і технічних засобів для оцінки якості високонавантажених деталей і вузлів

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ЛЕГКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ

Кузнецов Ігор Борисович

УДК 621.006.86: 621.006.85

РОЗРОБКА МЕТОДИКИ І ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ ДЛЯ ОЦІНКИ ЯКОСТІ ВИСОКОНАВАНТАЖЕНИХ ДЕТАЛЕЙ І ВУЗЛІВ

Спеціальність 05.01.02 - Стандартизація та сертифікація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 1999



Дисертація є рукописом.

Робота виконана в 26 Центрі стандартизації і метрології озброєння та військової техніки Міністерства оборони України (26 ЦСМ).

Науковий керівник - доктор технічних наук, старший науковий співробітник Камінський Віктор Юлійович, Начальник Центрального управління метрології та стандартизації Міністерства оборони України (Воєнстандарт).

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Орловський Броніслав Вікентійович, заведучий кафедрою “Машин легкої промисловості” Державної академії легкої промисловості України;

кандидат технічних наук, Шевченко Володимир Іванович, заступник генерального директора з наукової роботи, науково-виробничого об'єднання “Навігатор”.

Провідна установа: Державне науково-виробниче об'єднання “Метрологія” (м. Харків).

Захист відбудеться “12” жовтня 1999 року о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К26.102.01 при Державній академії легкої промисловості України за адресою: 252011, м. Київ-11, вул. Немировича - Данченко, 2.

Просимо взяти участь у засіданні ради або вислати відгук у двох примірниках з підписами, завіреними печатками Вашої організації, на ім`я вченого секретаря спеціалізованої вченої ради по вищезазначеної адресі.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Державної академії легкої промисловості України.

Автореферат розісланий “_5__” вересня 1999 року.

Вчений секретар спеціалізованої ради, кандидат технічних наук, доцент Хімічева Г.І.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Надійна експлуатація і якісний ремонт цілого ряду відповідальних виробів машинобудування ускладнені із-за відсутності вірогідної інформації, що характеризує реальний стан поверхневого шару деталей що є складовою виробу.

Практична відсутність сучасної методичної і нормативної документації з оцінювання стадії попереднього руйнування поверхні деталей, а також обмежені можливості існуючих засобів неруйнівного контролю не дозволяють вирішити означену проблему і перед дослідниками виникає цілий ряд науково-дослідних завдань, що зводяться передусім до відпрацювання нормативної технічної документації і створення ефективних засобів контролю.

В Україні та за кордоном розроблені окремі засоби, прилади і деякі документи енергетичного контролю фізико-хімічного стану поверхневих шарів металевих деталей по ряду енергетичних параметрів.

Однак методики, що забезпечує вірогідне виявлення стадії попереднього руйнування навантажених деталей і вузлів виробів машинобудування до цього часу не створено. Серійних комплексів апаратури енергетичного контролю в Україні не випускається. Відсутність нормативних документів не дозволяє широко застосовувати енергетичний контроль при визначенні якості продукції, що виробляється промисловістю, її експлуатації і ремонті по технічному стану.

В Київському інституті ВПС, а потім і в 26 Центрі стандартизації і метрології озброєння і військової техніки Збройних Сил України (з філією) були проведені дослідження, що дозволяють для відкриття стадії попереднього руйнування поверхні деталей, використати апаратуру, в основу функціонування якої покладений енергетичний засіб, започаткований на використанні ефекту низькотемпературної емісії в локальних зонах металевої поверхні. Результати досліджень дослідно-промислової установки показали, що вона дозволяє здійснювати визначення відносної мікродеформації в діапазоні: 0.510-3... 1.010-2 в поверхневому шарі товщиною від 0.1 до 10 мкм на ранніх стадіях утворення структурно-фазових (с.-ф.) неоднорідностей поверхні навантажених деталей і не має аналогів в Україні.

Зв'язок роботи з науковими планами. Дисертаційна робота відповідає науковому напрямку досліджень 26 Центру стандартизації і метрології озброєння і військової техніки Збройних Сил України (з філією) відповідно до “Державної програми розвитку озброєння та військової техніки”.

Мета і задачі дослідження. Розробити нормативну документацію і методику, що дозволять підвищити вірогідність достовірної оцінки технічного стану деталей і вузлів на стадії попереднього руйнування у огляду на енергетичний стан поверхні навантажених деталей при експлуатації і ремонті.

Для досягнення поставленої мети були вирішені основні науково-технічні задачі:

- створення нормативної бази, що започатковує новий вітчизняний науково-технічний напрямок в стандартизації неруйнівного контролю;

- обґрунтування необхідності за результатами аналізу існуючих засобів оцінки напружено-деформованого стану деталей і вузлів виробів машинобудування і існуючих засобів дослідження поверхневих шарів, а також фізичних процесів в зоні контролю інформативного параметру, що характеризує напружено-деформований стан поверхні металевих матеріалів;

- розробка методики оцінювання енергетичного стану металевої поверхні і дослідження залежності інформативного параметру від параметрів напружено-деформованого стану;

- розробка методики синтезу вимірників, що дискримінують значення параметрів об'єктів контролю і енергетичних критеріїв оцінювання стадії попереднього руйнування поверхні металевих деталей і вузлів;

- розробка методичних рекомендацій з енергетичного контролю навантажених деталей гарячої частини ГТД, як виробів сучасного машинобудування та проекту технічного стандарту на застосування енергетичного контролю і встановлення математичної залежності між коефіцієнтами недобракуванням та перебракуванням для встановлення чутливості енергетичного засобу контролю.

Засоби дослідження. В основу створення стандарту покладені вимоги МАГАТЕ CQ - 50, ИСО 9000 і ДСТУ 1.5-93, а також, використовувались засоби що визначають необхідність комплексного підходу до вивчення поверхневих явищ в металах з позицій сучасних уявлень про обробку багатопараметрової інформації з застосуванням ЕОМ. Виявлення (с.-ф.) змін матеріалу здійснювалося за допомогою засобів рентгеноструктурного аналізу, амплітудно-незалежного внутрішнього тертя, магнітних засобів дефектоскопії і електронно-оптичної металографії. Достовірність отриманих результатів досліджень підтверджена арбітражним методом растрової електронної мікроскопії. Експериментальні залежності отримані на зразках і реальних деталях у кількості, що регламентується відповідними нормативними документами, та забезпечують достовірність по статистичним критеріям і на контрольно-вимірювальній апаратурі метрологічне атестованій.

Експериментальні дослідження закономірностей зміни інформативного параметру в процесі механічних іспитів зразків і деталей гарячої частини ГТД виконувалися з використанням стандартної апаратури енергетичного контролю. Результати вимірів відпрацьовувалися засобами математичного аналізу з використанням IBM PC 486.

Наукова новизна. Запропоноване і обґрунтоване використання інформаційного параметру - поверхневого потенціалу для оцінювання напружено-деформованого стану поверхні металевих деталей і вузлів виробів машинобудування. Отримані залежності поверхневого потенціалу від параметрів, що характеризують напружено-деформований стан металевої поверхні на мікроскопічному і макроскопічному рівнях в умовах атмосфери.

Розроблений енергетичний засіб контролю сенсорної діагностики і оцінювання напружено-деформованого стану поверхні металевих деталей з використанням поверхневого потенціалу як інформативного параметру.

Запропоновані енергетичні критерії оцінки попереднього руйнування поверхні навантажених деталей і вузлів.

Практична цінність роботи. В результаті проведених досліджень:

- створено методику і нормативну документацію, що сприятиме достовірному оцінюванню енергетичного стану металевої поверхні для визначення стадії попереднього руйнування навантажених деталей і вузлів, що дозволить експлуатувати і ремонтувати техніку по технічному стану;

- виготовлена дослідна партія апаратури для контролю параметрів локальної с.-ф. неоднорідності металевої поверхні на основі дискримінуючих вимірників, з'єднаних з ЕОМ.

- розроблені методичні рекомендації з виявлення стадії попереднього руйнування поверхні навантажених деталей гарячої частини ГТД при їхньому відновленні на авіаремонтних заводах ВПС України.

- створено програмне забезпечення комплексу апаратури контролю навантажених деталей і вузлів авіаційних двигунів.

Використання результатів, отриманих в дисертаційній роботі, розширює можливості по контролю стану найбільш навантажених вузлів і деталей виробів машинобудування, що особливо актуально при переході до їхньої експлуатації і ремонту по технічному стану.

Особистий вклад здобувача полягає в розширенні функціональних можливостей сучасних засобів неруйнівного контролю на основі пропозиції з використання комплексу апаратури контролю параметрів локальної с.-ф. неоднорідності металевої поверхні на основі дискримінуючих вимірників, з'єднаних з ЕОМ для визначення стадії попереднього руйнування навантажених деталей і вузлів при експлуатації і ремонті технічних виробів. Здобувачем створено програмне забезпечення і методика визначення стадії попереднього руйнування навантажених деталей і вузлів при експлуатації і ремонті технічних виробів, розроблено проект стандарту на підставі даної методики.

Апробація роботи. Основні положення і результати дисертації доповідалися і обговорювалися на 1 Міжнародній науково-технічній конференції “Інженерно-авіаційне забезпечення безпеки польотів” (м. Київ. 1992г.); Семінарських заняттях ад'юнктів і здобувачів Київського інституту ВПС (м. Київ. 1992-1996гг.); 1 Міжнародному симпозіумі “Аерокосмічна індустрія і екологія, проблеми конверсії і безпеки" (м. Дніпропетровськ 1995г.). Робота доповідалася на наукових семінарах кафедри “Метрології, стандартизації і сертифікації” Державної академії легкої промисловості України і 26 Центру стандартизації і метрології озброєння і військової техніки Збройних Сил України (з філією) (м. Київ, 1996 - 1999гг).

Публікації. Матеріали з основними результатами дисертаційної роботи опубліковано в 11 друкованих працях.

Структура і обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Зміст роботи викладено на 159 сторінках машинописного тексту, включаючи і список літератури (123 найменування), 30 рисунків та 7 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

стандартизація контроль металевий конструкція

У вступній частині обґрунтовано актуальність проведених досліджень, визначена мета роботи та задачі, що вирішуються.

У першому розділі аналітично оцінено технічні засоби, процедури та операції, встановлені в нормативних документах України, щодо методів контролю, регламентовані показники якості, дефекти, що допускаються і методики їх оцінки з заданою похибкою.

Зроблено аналітичний огляд сучасних уявлень про поверхневі явища при розвитку деформації і руйнуванні у металах; розглянуті існуючі методи оцінювання напружено-деформованого стану конструкцій; зроблено аналіз чинних фізичних методів дослідження поверхонь металевих матеріалів; оцінено функціональні можливості вимірювання енергетичних параметрів поверхневих шарів металу і структури для їхньої реалізації в атмосфері; обґрунтовано використання енергетичного методу оцінювання напружено-деформованого стану металевої поверхні для неруйнівного контролю виробів машинобудування; поставлені задачі дослідження.

Оцінювання мікродеформацій кришталевої решітки на атомно-електронному рівні свідчить, що енергія деформації сприймається електронами, що здійснюють зв'язок в кристалічної решітки, яку характеризує параметр поверхневої енергії.

Оцінювальна поверхнева енергія металу є по суті термодинамічною характеристикою. Її виникнення зумовлено наступними причинами.

Першою причиною є різниця в обсягах робіт виходу електронів с.-ф. неоднорідностей поверхневих шарів металів та їхньому сплаві:

Wa =W1F1 +W2F2 +...+WiFi, (1)

де: W1,W2,...Wi - обсяги повних робіт виходу електронів для с.-ф. складаючих металу;

F1,F2,...Fi - розміри площ поверхні с.-ф. складових металу.

Другою причиною є відмінність в концентрації електронів провідності поверхневих шарів металів і сплавів з с.-ф. неоднорідностями:

noa=no1F1 + no2F2 +...+noiFi, (2)

де: no1,no2,...+noi - значення концентрації електронів провідності с.-ф. складових металу.

Значення поверхневої енергії змінюється при будь-якому викривленні кристалічної решітки, що є основоположним з точки зору можливості ідентифікації напружено-деформованого стану металевої поверхні.

В зв'язку з наявністю на поверхні реальних металевих деталей оксидів і плівок забруднень утворяться поверхневі шари, що збагаченні або збідненні носіями зарядів, а між поверхнею та об'ємом виникає різниця потенціалів, що характеризується поверхневим вигоном енергетичних зон і отримала назву поверхневого потенціалу.

Для оцінки зв'язку поверхневого потенціалу, що є, як і робота виходу електрона, характеристикою вільно поверхневої енергії, з факторами, що визначають напружено-деформований стан, в дисертації запропоновано використовувати метод прямого виміру різниці поверхневих потенціалів (пп) з іонізацією повітряного середовища між вимірювальним електродом (ВЕ) та контрольованою поверхнею деталі (Д), що апаратурне реалізовано в діагностичному комплексі контролю напружено-деформованого стану поверхневих шарів напружених вузлів та деталей ГТД.

Значення пп = 'пп+"пп обумовлено, як різницею у значеннях Wa металів, з яких виготовлені ВЕ та Д, що контролюється, так і відмінністю концентрацій no цих металів:

'пп= і "пп= ln, (3)

де: eo - заряд електрона;

k - постійна Больцмана;

T - температура.

На сучасному етапі розвитку уявлень про поверхневі явища у металах відсутнє однозначне тлумачення залежності поверхневої енергії від параметрів напружено-деформованого стану металевої поверхні реальних матеріалів в умовах атмосфери.

Існуючі методи оцінки напружено-деформованого стану поверхні та фізичні методи дослідження, є високочутливими методами і не можуть бути використанні у виробничих та експлуатаційних умовах для контролю фізико-механічних властивостей поверхневих шарів металевих деталей, оскільки вони вимагають наявності складних, малопотужних установок, що дорого коштують.

Відомі методи неруйнівного контролю мають обмежені функціональні можливості для оцінювання локальних неоднорідностей напружено-деформованого стану тонких (до 10 мкм) поверхневих шарів металевих деталей гарячої частини ГТД.

Проведений аналітичний огляд підтверджує актуальність роботи і сприяв визначенню мети та завдання дослідження.

В другому розділі проведена оцінка сучасних наукових поглядів на стан та зміни, що відбуваються у поверхневих шарах напружених деталей та вузлів виробів машинобудування при експлуатаційних впливах. Конкретизовані правила оптимального синтезу дискримінуючих вимірювачів параметрів об'єктів неруйнівного контролю для локальних с.-ф. неоднорідностей через фізичні процеси, забезпечуючих максимум апостеріорної щільності вірогідності параметрів, що контролюються.

Визначені принципи побудови системи контролю локальної оцінки аномалій розподілу значення пп. Обґрунтовано вибір загальних моделей об'єкту контролю (ОК) і каналу спостереження (КС). В результаті визначено принципи побудови системи енергетичного контролю локальної с.-ф. неоднорідності металевих поверхонь і алгоритм обробки багатопараметричної інформації.

Узагальнена схема системи контролю локального оцінювання аномалій розподілу значень пп наведена на рис.1.

Для виявлення локальної неоднорідності, збільшення кількості виявлених неоднорідностей та підвищення точності вимірювання значень параметрів виявлених неоднорідностей пропонується при побудові системи контролю виконувати:

1. Розщеплення зони іонізації не менш ніж на чотири компоненти.

2. Зондування зони іонізації кожного компонента ізольованим електродом.

3. Підсумовування першого та другого, третього та четвертого, першого і третього, другого і четвертого компонентів та порівняння різниці потенціалів парціальних зон іонізації між собою.

4. Встановлення порогової різниці потенціалів за якою приймається рішення про наявності неоднорідності при перевищенні порогу.

5. Генерація значень параметрів неоднорідностей, значень різниці потенціалів, що очікуються і через функціональний перетворювач встановлення зв'язку між ними.

6. Порівняння їх з отриманими неузгодженостями різниці потенціалів парціальних зон іонізації, фільтрація результату, підсилення його пропорційно швидкості зміни параметра неоднорідності, впливу через функціональний перетворювач і управляючий елемент на генератор.

7. По закінченню впливу зчитування з виходу генератора значення виміряного параметру неоднорідностей.

У цілому процес вимірювання параметрів неоднорідностей запропоновано виконувати у послідовності, що представлено на рис.2.

У третьому розділі обґрунтовані і розроблені алгоритми виявлення і вимірювання деформацій, що дозволило обґрунтувати принципи побудови нелінійного функціонального перетворювача вимірювача структурно-фазової неоднорідності, визначити шляхи технічної реалізації локальних вимірювачів деформацій металевої поверхні.

Обґрунтовані принципи функціонування та структура блоку обробки багатопараметрової інформації слідящих локальних вимірювачів деформації, а також структура пристрою сполучення. Визначено вимоги до функціональних можливостей ЕОМ в людино-машинному комплексі обробки інформації з значної кількості параметрів.

На основі отриманих результатів створено комплекс апаратури контролю напружено-деформованого стану поверхневих шарів навантажених вузлів і деталей гарячої частини ГТД, основні характеристики якого представлено на рис.3.

Дослідженно залежності поверхневого потенціалу пп від параметрів, що характеризують напружено-деформований стан поверхні матеріалу при статичному розтяжінні і крученні, а також отримано залежності, що описують зміни поверхневого потенціалу при релаксації напружень. В цілому залежність поверхневого потенціалу пп від параметрів напружено-деформованого стану оцінювалась у вигляді:

і (4)

де , - нормальні та дотичні напруження матеріалу;

, - відносна деформація та зрушення.



Виникнення та розвиток небезпечних дефектів у поверхневому шарі глибиною до 5...10мкм в стадії попереднього руйнування		Необхідність підвищення достовірності оцінювання технічного стану		Обмеженні можливості сучасних методів неруйнівного контролю по виявленню стадії попереднього руйнування металевої поверхні на глибинах до 20мкм
ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРУ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ
ПРИЗНАЧЕННЯ		ПРИНЦИП ДІЇ
- Виявлення аномальних структурно-фазових неоднорідностей тонкого (до 5...10 мкм) поверхневого шару виробу; *Вимірювання градієнту мікродеформації на поверхні ;		- Аналізується багатопараметрична інформація про розподілення поверхневого потенціалу над місцями аномальних структурно-фазових неоднорідностей тонкого шару металевої поверхні
ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
- Неоднорідності з відносною мікродеформацією: 0,5х10-3 ...1,0х 10-2; - Глибина поверхневого шару : 0,1...5,0 мкм; - Діапазон площ неоднорідностей: 100...106 мкм2; - Ширина меж неоднорідностей, що виходять на поверхню 100 мкм; - Час виявлення неоднорідностей 0,5 с; - Кількість градацій щільності речовини неоднорідності: 19.
СФЕРИ ЗАСТОСУВАННЯ
- Контроль фінішних технологій обробки поверхні навантажених вузлів та деталей виробів промисловості; - Виявлення стадії попереднього руйнування і характеру напружено-деформованого стану металевої поверхні; - Дослідження зруйнованих вузлів і деталей високо енергетичних виробів промисловості.
ВИПРОБУВАНО І ВПРОВАДЖЕНО
- 117 авіаремонтний завод г. Львів; - Авіаремонтний завод “Мотор” м. Луцк; - В/ч 21814; - В/ч А-3822; - Київський національний університет ім. Т.Г.Шевченко; - Рибінський авіамоторний завод м. Рибінськ, Росія

Рис. 1 - Основні характеристики комплексу апаратури контролю

Залежність зміни значення поверхневого потенціалу пп від параметрів напружено-деформованого стану свідчить, що поверхневий потенціал різко збільшується при навантаженні, яке відповідає початку пластичної деформації зразку і досягає свого критичного значення при деформаціях, що характеризують руйнування металевої поверхні (рис. 2). Такі зміни інформативного параметру у процесі навантаження практично повністю співпадають з відомим видом залежності щільності дислокацій.

Рис. 2

Характер змін значень поверхневого потенціалу пп від параметрів напружено-деформованого стану при крученні вказує на те, що поверхневий потенціал, як і при статичному розтяжінні різко збільшується при моменті кручення, який відповідає пластичній області деформування (рис.5).

Для описання зміни інформативного параметру реальних металевих деталей і вузлів в умовах експлуатації і ремонту проводились дослідження поведінки поверхневого потенціалу в процесі релаксації напружень.



Рис. 3

Дослідження релаксації поверхневого потенціалу пп здійснювалось у процесі статичного розтяжіння до відповідних миттєвих напруг після чого фіксувалась миттєва деформація і через різні інтервали часу реєструвались значення діючого навантаження і поверхневого потенціалу. Потім проводилось зняття зовнішнього навантаження і при різних інтервалах часу з моменту встановлення нульового навантаження вимірювання поверхневого потенціалу.

Аналіз залежності зміни поверхневого потенціалу від інтервалу часу контролю показує, що при великих миттєвих напругах релаксація поверхневого потенціалу відбувається інтенсивніше, при чому початковий період падіння поверхневого потенціалу більш вагомий, ніж в послідуючі моменти часу контролю і при досягненні деякого критичного часу значення поверхневого потенціалу починає асимптотично наближатися до стабільного рівня (рис. 3), характерного для даної марки матеріалу.



Рис. 4

Характерною особливістю зміни поверхневого потенціалу при повторному навантаженні являється неможливість відтворення збільшення інформативного параметра до самого максимального навантаження щодо попереднього навантаження (рис.3, 4).

Наведені результати по дослідженню і розробці методики локальної оцінки с.-ф. неоднорідності металевої поверхні, що виникають в результаті температурних факторів. Тому в кожному класі конструктивних матеріалів досліджувались найбільш нестабільні багатомонтажні металеві системи.

Оцінка с.-ф. змін поверхневих шарів металевих матеріалів на мікрорівні (напруження ІІ роду) здійснювалось на основі аналізу: коерцитивної сили; намагніченості насиченості; амплітудо-незалежного внутрішнього тертя; термо-Е.Д.С.; поширення ліній на рентгенограмі від площин {100, 110, 111, 220, 211} з розрахунком мікродеформації кришталевої решітки і розміру блоків когерентного розсіяння; механічних властивостей (умовної межі тягучості і ударної хвилі); поверхневого потенціалу, мікроструктури поверхні зразка.

Рис. 5 - Залежність для сплаву ОТ4-0: ____ вхідний стан; - - - - зміцнений пластичною деформацією

Результати досліджень показують, що структурно-фазові зміни у поверхневих шарах приводять до змін параметрів метало-фізичних характеристик і можуть бути оцінені за зміною поверхневого потенціалу.

Значення параметра поверхневого потенціалу залежить від ступеню мікродеформації кришталевої решітки (Рис. 6), що характеризує як напружено-деформований стан, так і структурно-фазові зміни поверхневих шарів металевих деталей.



Рис. 6

Показано, що для жароміцних сплавів на нікелевій основі коагулювання, закруглення та часткове розчинення зміцнюючої `-фази (рис. 6). з підвищенням температури та часу впливу викликає монотонне зростання поверхневого потенціалу. Цей висновок є основоположним з огляду на можливості ідентифікації ступеня перегріву теплонавантажених деталей і вузлів ГТД.

У процесі релаксації поверхневий потенціал при фіксованому значенні деформації під навантаженням або без нього змінюється за експоненціальним законом:



Рис. 7 - Залежність зміни від ступеня деформації та часу контролю t

tпп = 0пп е-Кijпп (5)

де tпп - це значення пп, в даний момент часу t;

0пп - це значення пп в нульовий момент часу при досягненні визначеного значення деформації;

кij - емпіричний коефіцієнт, що характеризує умови перебігу j процесу релаксації і - марки матеріалу.

Таким чином, для визначення технічного стану поверхонь металевих деталей у процесі експлуатації і ремонту доцільно при неруйнівному контролі враховувати релаксаційну поведінку поверхневого потенціалу.

Підвищення достовірності оцінки напружено-деформованого стану металевої поверхні з використанням пп, у якості інформативного параметру досягнуто за допомогою енергетичних критеріїв оцінки стадії попереднього руйнування поверхні навантажених деталей і вузлів гарячої частини ГТД:

критерію якості: tпп пп доп, де пп доп вибирається із умови пп доп 0пп;

багатомірного критерію Sм, вид якого визначається у вигляді:

Sм = (6)

Графічна інтерпретація енергетичних критеріїв оцінки стадії попереднього руйнування поверхні деталей представлена на рис.9. Отримана залежність зміни енергетичного параметру від відносних напрацювань (рис. 8), що відповідає положенням існуючої теорії структурних змін у процесі накопичення пошкоджень втоми.

Рис. 8 - Залежність пп від відносних напрацювань N/Np

Таким чином отримано комплекс результатів щодо розробки енергетичного методу контролю напружено-деформованого стану металевої поверхні, енергетичних критеріїв оцінки стадій попереднього руйнування поверхні металевих деталей, а також результатів дослідження і розробки методики енергетичної оцінки структурно-фазових змін металевої поверхні.

У четвертому розділі наведені результати дослідно-промислової перевірки комплексу діагностичної апаратури, проведена оцінка техніко-економічної ефективності та похибок КДА, визначена перспектива застосування енергетичного методу контролю.

Проаналізовані основні групи стандартів, визначені основні ознаки класифікації стандарту, що розробляється та місце знаходження його у класифікаторі стандартів (рис. 9).

Зроблено висновок про необхідність розробки стандарту на енергетичний метод прогнозування технічного стану металевої поверхні, розроблено технічне завдання на створення стандарту.

С Т А Н Д А Р Т И .

Рис. 9 - Місце знаходження стандарту, що розробляється, у класифікаторі стандартів

Викладені концептуальні положення розробленого стандарту на методику визначення стадії попереднього руйнування навантажених деталей за енергетичним станом їхньої поверхні.



ВИСНОВКИ

На основі комплексних результатів теоретичних та експериментальних досліджень залежності поверхневого потенціалу від металофізичних поверхневих шарів металів, вибір засобів управління процесом енергетичного контролю розроблені засоби, методика і нормативна документація щодо оцінювання якості навантажених деталей і вузлів виробів машинобудування, що забезпечують мінімальні втрати вірогідності відкриття локальних с.-ф. неоднорідностей та їхнє виділення з сукупності діючих факторів.

1. З позиції системного підходу проведена аналітична оцінка технічних прийомів, процедур і операцій, що встановлюються у нормативних документах України на методи контролю, регламентовані показники якості, допустимі дефекти і методики їхньої оцінки з заданою похибкою.

2. Узагальнені уявлення про фізичні процеси у зоні енергетичного контролю с.-ф. неоднорідності тонких поверхневих шарів металевих деталей і вузлів. Показано, що на основі обробки багатопараметрової інформації щодо залежність розподілення поверхневого потенціалу над місцями локалізації с.-ф. неоднорідностей дискримінуючими вимірниками системи енергетичного контролю забезпечується виділення інформації про викривлення кришталевої решітки металу в тонких поверхневих шарах у діапазоні мікродеформації 0,510-3 ... 1,010-2 на фоні впливу плівок оксиду і адсорбірованих забруднень на глибині до 10 мкм у діапазоні значень площ поверхні металевих деталей, що мають с.-ф. неоднорідність розміром 102 ...106 мкм2 при ширині межі неоднорідностей, що виходять на поверхню 10 мкм. Час виявлення неоднорідностей - до 0,5 с, час ідентифікації неоднорідностей - до 1,0 с.

3. Розроблена методика следячих дискримінуючих вимірювачів значень параметрів с.-ф. неоднорідностей металевої поверхні, що дозволяє розширити вектор вимірювання значень параметрів об'єкту контролю, ввести облік перехресних зв'язків, як між параметрами, так і між компонентами об'єкту контролю і, в результаті, ввести управління механізмами перебудови параметрів об'єкту контролю у наступному вимірювачі так, щоб забезпечити найбільшу близькість між значеннями, що спостерігаються через фізичні процеси і значеннями параметрами об'єкту контролю, що очікуються.

4. Розроблений метод енергетичної оцінки фізико-хімічного стану тонких поверхневих шарів металевих деталей вузлів гарячої частини ГТД, що будується на дослідженні розподілення поверхневого потенціалу над місцями локалізації неоднорідності дискримінуючих вимірювачів. Обгрунтовані принципи побудови системи енергетичного контролю.

5. Визначені шляхи технічної реалізації локальних вимірювачів структурно-фазових неоднорідностей металевої поверхні у складі комплексу обробки багатопараметрічної інформації, що спрямує створенню апаратури контролю за відсутністю аналогів в Україні.

6. З метою метрологічного забезпечення контролю металевих деталей вузлів гарячої частини ГТД визначені статистичні залежності поверхневого потенціалу від основних механічних факторів. Вказані статистичні залежності отримані для найбільш розповсюджених сплавів, зокрема ОТ4-0, ВТ-23, ХН45МВТЮБР (ЭП-410ВД) та ЖС-6У, що використовуються в конструкціях гарячої частини ГТД, які носять приватний характер і призначені для конкретизації алгоритмів програмного рішення задач і виділення неоднорідностей з сукупності факторів, діючих в тонких поверхневих шарах металу.

7. Достовірність результатів, що отримані методом енергетичного контролю металевої поверхні, підтверджена арбітражним методом електронно-оптичної мікроскопії. Статистичні залежності отримані на зразках імітаторах і реальних деталях у кількості, що регламентовано ГОСТ, і оцінено по статистичним критеріям. Експериментальні результати, реєструвались метрологічно атестованою контрольно-вимірювальній апаратурою.

8. Розробленні в процесі виконання дисертаційної роботи методичні рекомендації щодо контролю поверхні металевих деталей і вузлів з застосуванням локальних вимірювачів поверхневого потенціалу, впроваджені на ряді підприємств різних галузей промисловості з підтвердженим економічним ефектом більш 570 тисяч гривень.

9. Встановлено основні концептуальні положення розробленого стандарту на методику визначення стадії попереднього руйнування навантажених деталей по енергетичному стану їх поверхні.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кузнецов И.Б. К оценке стадии предразрушения горячей части ГТД летательных аппаратов. //В сб.: Материалы НТК ХВВАИУ, 1992 г., С. 69...73.

2. Кузнецов И.Б. Диагностика поверхности нагруженных деталей и узлов по интенсивности низкотемпературной эмиссии.// В сб.: Материалы II Всесоюзной научно-технической конференции г. Люберцы 1992 г. С. 54...63.

3. Кузнецов И.Б., Санников А.А. Сенсорная диагностика металлической поверхности по интенсивности низкотемпературной эмиссии. //В сб.: Научно-технические достижения. ВИМИ. Вып. 3 1992 г. С. 150...158.

4. Санников А.А., Кузнецов И.Б. Новые принципы диагностики металлической поверхности и аппаратура для их реализации. //В сб.: материалы конференции “Современные методы и средства неразрушающего контроля”, Информтехника, 1992 г. С. 10...17.

5. Кузнецов И.Б. Принципы, методика и аппаратура диагностики металлической поверхности. //В сб.: Материалы 1-го Международного симпозиума “Аэрокосмическая индустрия и экология, проблемы конверсии и безопасности” г. Днепропетровск, 1995 г. С. 71...73.

6. Кузнецов И.Б., Санников А.А. Выявление стадии предразрушения поверхности нагруженных деталей и узлов авиационной техники при ее ремонте. Методические рекомендации. Введены в действие гл. инженером ВВС 31.10.95 г. - 54с .

7. Кузнецов І.Б. Нове у вимірюванні параметрів деформації металевих деталей і вузлів, відповідальних виробів машинобудування. // Експрес-новини: наука, техніка, виробництво, №15-16, 1998 р. С. 9-10.

8. Іллєнко С.І., Кузнецов І.Б. Методика і апаратурне забезпечення діагностики металевої поверхні. //Експрес-новини: наука, техніка, виробництво, №15-16, 1998 р. С. 10-12.

9. Кузнецов І.Б., Зенкін М.А. Оцінка функціональних можливостей вимірників енергетичних параметрів і обгрунтування можливості застосування для діагностики напружено-деформованого стану, поверхневих шарів металів. //Міжнародний науково-технічний журнал “ Вимірювання та обчислювальна техніка в технологічних процесах”, №4, 1998 р. С. 156-160.

10. Кузнецов І.Б. Нові підходи до діагностики стадії попереднього руйнування металевої поверхні при експлуатації і ремонті складних технічних об'єктів. // Вестник национального технического университета Украины “Киевский политехнический институт” Машиностроение, №34, 1999 р. С. 122-124.

11. Кузнецов І.Б., Зацаріцин О.О., Іллєнко С.І. До питання про розробку проекту стандарту оцінки якості металевої поверхні високонавантажених деталей машинобудування// ЦНДІ озброєння та військової техніки ЗС України. - Вип. 4.- К.: ЦНДІ ОВТ, 1999. - С.65-67.



АНОТАЦІЯ

Кузнецов Ігор Борисович. Розробка методики і технічних засобів для оцінки якості високонавантажених деталей і вузлів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук з спеціальності 05.01. 02 - Стандартизація та сертифікація. - 26 Центр стандартизації і метрології озброєння і військової техніки Збройних Сил України, Київ, 1999 р.

В дисертаційній роботі наведені результати комплексних теоретичних і експериментальних досліджень по розробці нормативної документації, методики і засобів для оцінки стадії попереднього руйнування навантажених деталей і вузлів з використанням енергетичного засобу контролю з метою розширення можливостей по реалізації стратегії експлуатації і ремонту виробів машинобудування по технічному стану.

Ключові слова: стандарт, неруйнівний контроль, низькотемпературна емісія, поверхневий потенціал, об'єкт контролю, структурно-фазові неоднорідності, виявлення, комплекс діагностичної апаратури.



АННОТАЦИЯ

Кузнецов Игорь Борисович. Разработка методики и технических средств для оценки качества высоконагруженных деталей и узлов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.01.02 - Стандартизация и сертификация. - 26 Центр стандартизации и метрологии вооружения и военной техники Вооруженных сил Украины, Киев, 1999 г.

В диссертационной работе приведены результаты комплексных теоретических и экспериментальных исследований по разработке нормативной документации, методики и средств для оценки стадии предразрушения нагруженных деталей и узлов с использованием энергетического метода контроля с целью расширения возможностей по реализации стратегии эксплуатации и ремонта изделий машиностроения по техническому состоянию.

Разработан метод энергетической оценки физико-химического состояния тонких поверхностных слоёв металлических деталей и узлов изделий машиностроения, заключающийся в исследовании распределения поверхностного потенциала над местами локализации неоднородностей с помощью дискриминирующих измерителей на базе статистических зависимостей поверхностного потенциала от действующих факторов, определены граничные условия применения метода и обоснованы принципы построения систем энергетического контроля со следящими измерителями структурно-фазовой неоднородности металлической поверхности.

С целью метрологического обеспечения энергетического контроля определены статистические зависимости поверхностного потенциала от основных металлофизических параметров, определяющих структурно-фазовую неоднородность поверхностных слоёв. Показано, что значение поверхностного потенциала зависит от металлофизических параметров, определяющих состояние металлической поверхности.

Повышение достоверности оценки напряженно-деформированного состояния металлической поверхности с использованием поверхностного потенциала в качестве информативного параметра достигнуто с помощью энергетических критериев оценки стадии предразрушения поверхности нагруженных деталей и узлов: качественного критерия пп доп и количественного критерия SA. С целью обеспечения единства и требуемой точности измерений осуществлена оценка погрешностей комплекса диагностической аппаратуры.

В результате исследований предложены и обоснованы: методика оценки качества нагруженных деталей и узлов изделий машиностроения, концептуальные положения стандарта. Использование полученных результатов исследований позволяет решать практические задачи по повышению технико-экономической эффективности использования энергетического контроля для повышения надежности нагруженных деталей и узлов изделий машиностроения.

Ключевые слова: стандарт, неразрушающий контроль, низкотемпературная эмиссия, поверхностный потенциал, объект контроля, структурно-фазовые неоднородности, обнаружение, комплекс диагностической аппаратуры.



ANNOTATION

Kuznetsov Igor Borisovich. Development of a technique and means for an evaluation of quality of the highly loaded details and units. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialization 05.01.02 - Standardization and certification. - 26 Centers of standardization and metrology of arms and military equipment of the Armed Forces of the Ukraine, Kiev, 1999.

In the thesis are adduced the results of the complex theoretical and experimental researches on the development of the normative documentation, technique and means for an evaluation of the stage of preliminary destruction of loaded details and units with using the power method of the control with the purpose of extension of the capabilities on realization of the policy of the maintenance and repair of engineering items on availability index of the production.

Key word: the standard, non-destroying control, low temperature emission, surface potential, object of the control, structural-phase non-uniformity, detection, complex of the diagnostic instrumentation.

Размещено на Allbest.ru