3.5.1. Влияние на усталость коррозионных повреждений

С целью выявления на усталость особенностей обра­ботки поверхности были проведены сравнительные усталостные испытания образцов в коррозионной среде (3%-ный водный раствор NaCl). Исследовались следующие варианты обработок образцов, отпущенных при 380°С и 600°С: 1) точение + полировка; 2) п.1 + обдувка дробью; 3) п.1, но с прижогом; 4) п.З + обдувка дробью.

На рис. 3.4.3 представлены кривые усталости для 50%-й вероятнос­ти разрушения образцов исходного варианта, испытанных на возду­хе (кривая 1) ив среде NaCl (кривая 2). Горизонтальными отрезка­ми на графиках представлен 90-й доверительный интервал для различных исследованных вариантов в среде NaCl. Минимальная долговечность соответствует образцам, имеющим прижоги. После дробеструйной обработки несколько уменьшается рассеяние резуль­татов, но существенного выигрыша в долговечности для образцов с прижогами нет.

Испытания лопаток после эксплуатации их в агрессивной среде (рис. 7.4) показали, что предел выносливости снижается в 1,70...2,35 раза, т. е. реальные повреждения лопаток более значительны, чем имитация повреждений на образцах. Для приближения условий испытания и состояния поверхности детали к натурным на лопатках в зоне максимальных напряжений шлифованием получены прижоги средней интенсивности с цветами побежалости, удаленные затем полировкой. Лопатки поместили в раствор, вызывающий МКК (сернокислая медь + серная кислота + медные стружки; кипячение в течение 5 ч). На лопатках выявились характерные для МКК ли­нейные повреждения, расположенные нормально действию сило­вого поля. Испытания лопаток на усталость показали четырехкрат­ное снижение предела выносливости от повреждений МКК, инициированной активной агрессивной средой и технологической на­следственностью.

Сравнение значений эффективных коэффициентов концентрации напряжений К*^ор для лопаток, имевших различные значения температуры отпуска и поврежденных коррозией, показало, что для

T_mn - 380-С К™* = 2,1; для Г_отп - 560'С К«^ор = 1,3; для Г_отп - 650-С *₀^кор = 1,4.

Рис. 3.5.3. Результаты испытаний на усталость (растяжение — сжатие) стали 14Х17Н2 на воздухе и в 3%-м растворе:

а) и б) — отпуск при 380 °С; в) — отпуск при 600 "С;1 — исходные образцы (об­точка, полировка) на воздухе; 2 — исходные образцы, 3% NaCl; |—|—| — исходные образцы + обдувка дробью 3% NaCl); исходные образцы с прижогами (3% NaCl); |   | — с прижогами + обдувка (3% NaCl)

Таблица 3.5.4

Влияние на усталость лопаток (Ni—Cd) компрессора коррозионных повреждений

Ступень	Материал, термооб­работка, покрытие	Предел выносли­вости лопаток σ_1, МПа		Средняя глубина корро­зии, мкм
		новых	через 300 ч работы во влажном климате
VIII	13Х11Н2В2МФ отпуск 680°С	520	420	70	1,24
XI	14Х12Н2М2ВФАБ-III отпуск 680°С,	440	350	90	1,25

Таблица 3.5.5

Характеристики рассеяния долговечности лопаток из стали 13Х11Н2В2МФ (Т_тп = 580°С), имевших среднюю глубину повреждения коррозией 27

Неповрежденные лопатки	Поврежденные лопатки	Неповрежденные лопатки	Поврежденные лопатки
1,0	1,0	1,4	1,1
1,25	1,08	1,0	0,57
1,5	1,23	0,7	0,35

Усталостные и металлографические исследования поврежденных лопаток позволили получить зависимость преде­ла выносливости сталей мартенситного класса от глубины повреждения fe_Kop. Коррозионное повреждение на глубину 50 мкм снижает предел выносливости на 30 ... 40%, а повреждение на глубину 100 мкм — на 50% и более. При коррози­онном повреждении на глубину 250 мкм предел выносливости достигает 25% от исходного. Лопатки из стали мартенситного класса, подвергнутые высокотемпературному отпуску (680"С) и имеющие защитное покрытие из Ni — Cd, обладают более высокой сопро­тивляемостью коррозионным повреждениям (табл. 3.5.4): при глуби­не повреждений в 70 ... 90 мкм К_а^кор=1,25.

Как для новых, так и для лопаток компрессоров, поврежденных коррозией, в целом характерен логарифмический нормальный закон распределения долговечности на всех уровнях напряжений. Вид зависимости между S_lg. _N и (оД,_тн в этом случае такой же, как для новых лопаток или стандартных образцов, однако значения S\_gN для поврежденных лопаток меньше (табл. 3.5.5).

Рис. 3.5.4. Кривые усталости лопаток новых и с эксплуатационными повреждениями (сталь 14Х17Н2,7V™ - 380 "С):

1 — лопатка I ступени новая; 2 и 3 — лопатки после эксплуатации 3200 ч, соответственно и I и VI ступеней