3.6.1. Физический процесс фреттинг-коррозия в лопатках компрессора

Фреттинг-коррозия или фреттинг возникает в зонах контакта деталей, образующих прессовые или малоподвижные соединения, при циклическом их нагружении. Амплитуда относи­тельного перемещения в зоне контакта деталей, достаточная для возникновения фреттинга, около 100.4, т. е. находится в пределах деформаций поверхностного слоя, а максимальная амплитуда со­ставляет 200...300 мкм. Фреттинг возникает как при контакте металлов, так и при контакте металла с неметаллом. Внешний признак фреттинга — скопление у границы и в зоне контакта окис­ленных продуктов повреждения материалов сопряженных деталей. На поверхностях контакта образуются каверны, микро- и макротре­щины, которые при воздействии на детали переменных напряжений становятся очагами фреттинг-усталости, снижающей предел вынос­ливости в 2 ... 10 раз.

В ГТД фреттинг-коррозия проявляется в замковых соединениях лопаток компрессоров и турбин, на площадках контакта антивибра­ционных полок лопаток компрессора и бандажных полок лопаток турбин, в болтовых соединениях (в местах стыковки дисков компрес­соров), в шлицевых соединениях валов и рессор, в местах посадки подшипников, на фланцевых соединениях. Наибольшие повреждения фреттинг-коррозией и разрушения от фреттинг-усталости наблюда­ются на стальных деталях и деталях из титановых сплавов.

В турбинах ГТД, где преобладают никелевые сплавы, фреттинг проявляется, в первую очередь, в виде повреждений площадок контакта бандажных полок лопаток турбин и контактных площадок замковых соединений.

Типично для ГТД разрушение хвостовиков лопаток компрессоров от фреттинг-усталости (табл. 3.6.7), хотя во многих случаях контак­тные грани хвостовиков имели защитные покрытия. Оценка эффек­тивного коэффициента концентрации показывает, что его значение для хвостовиков составляет около 3,5.

Таблица 3.6.7

Разрушения хвостовиков лопаток компрессоров от фреттинг-усталости

Ступень, каскад	Материал	Вид хвостовика, наличие антифрикционного покрытия
III	14Х17Н2	"Ласточкин хвост" α =70°
III, IV	13Х11Н2В2МФ	"Ласточкин хвост" α =70°
III, КНД	ВТ-8	Шарнирный, упрочнение + ВАП
III, КНД	ВТЗ-1	Шарнирный ВАП
I. КВД	ВТ8	"Ласточкин хвост" α =45° + серебро гальваническое
V	13Х11Н2В2МФ	"Ласточкин хвост" α =70°
I	ВТ8	"Ласточкин хвост" α = 45°, лопатка антивибрационной полкой
V; VIII	ВТ 8	"Ласточкин хвост" α =45°
II	ЭП479	"Ласточкин хвост" (круговой замок)
I, КСД	ВТ8	"Ласточкин хвост" α =60°, упрочнение + серебро гальваническое

Деформационная податливость пакета деталей, образованного высоконагруженными дисками компрессора и проставками между ними, стянутого призонными болтами, при наложении циклических нагрузок от центробежных сил и вибрационных нагрузок вызывает повреждения фреттингом поверхностей деталей на стыках соедине­ния, болтах и в отверстиях под болты и последующее разрушение от фреттинг-усталости.

Выводы

1. Результаты анализа экспериментальных данных показывает, что большое значение приобретает влияние остаточных напряжений на предел усталости.

2. При наличии специальных упрочняющих обработок, ППД, удается повысить предел выносливости на 25-40 %.

3. Испытания лопаток после эксплуатации их в агрессивной среде показали, что предел выносливости снижается в 1,70...2,35 раза, т. е. реальные повреждения лопаток более значительны, чем имитация повреждений на образцах.