2.2. Отказы, связанные с износом и старением материалов

Износ - результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности при трении. Он проявляется в виде постепенного изменения состояния поверхности или профиля изделия под действием внешних нагрузок, включая действие гидродинамических сил и твердых частиц в обтекающем элемент потоке. Для ГТД наиболее характерны следующие типы износа:

- абразивное изнашивание, при котором отделение части поверхности происходит за счет микрорезания или микроцарапания, производимого абразивными частицами (газо­воздушный тракт, поверхности трения сопрягаемых пар);

- усталостное (осповидное) изнашивание, возникающее при трении качения и являющееся следствием усталости поверхностных слоев металла (опоры турбокомпрессорной группы, зубья передач);

- молекулярное изнашивание (при заедании), характеризуемое местным налипанием и отделением частиц с поверхности трения. Изнашивание такого вида возникает при высоких значениях давления и температуры (прецезионные пары агрегатов регулирования, золотниковые и плунжерные устройства);

- коррозионное механическое изнашивание происходит под воздействием окислительных процессов. Пластически деформированный и насыщенный кислородом поверхностный слой изделия разрушается под действием многократно повторяющихся нагрузок, после чего в процесс вступают новые слои металла (агрегаты, устанавливаемые в высокотемпературных зонах, т.е вблизи форсажных и основных камер сгорания – гидроцилиндры управления створками реактивного сопла, топливные краны

форсажного контура);

- фреттинг-коррозия, относящаяся к коррозионно-механическому изнашиванию, представляет собой изнашивание соприкасающихся поверхностей деталей при колебательных микроперемещениях (менее 0,02 мм), малых и больших удельных давлениях, доступе кислорода и, как правило, при отсутствии смазки ( замки лопаток, пазы дисков ротора ГТД, шпоночные и болтовые соединения, соединения валов с деталями при прессовых посадках);

- эрозионное изнашивание характеризуется воздействием потока жидкости или газа на материал в зонах с пониженным давлением (кавитационное изнашивание). Оно возникает в проточной части насосов топливных и гидравлических систем и особенно в зонах пониженного давления - всасывающих полостях насоса. Особым видом изнашивания является газовая эрозия, возникшая вследствие размягчения и окисления с последующим отрывом и уносом частиц с поверхности элементов изделий, обтекаемых горячим газовым потоком (сопловые и рабочие лопатки первых ступеней турбины).

Процессы старения материалов зависят от многих факторов и к настоящему времени строгой теории, объясняющей его не сущест­вует. Обычно старение связывают с переходом материала из недостаточно стабильного в стабильное состояние. Этот переход может быть связан со структурными превращениями или представляет собой релаксационный (релаксация - выравнивание, уменьшение, ослабление) процесс.

Механизм указанных превращений очень сложен и на характер его протекания наиболее существенное влияние оказывает температура материала. В результате старения происходит изменение механических и физических свойств материала: на первых стадиях процесса наблюдается упрочнение материала, увеличение его твердости и повышения сопротивления пластичной деформации; на последних стадиях прочность материала снижается. В процессе старения сплавов часто наблюдается коррозионное растрескивание по границам зерен, находящихся под напряжением.

Наиболее часто подобные процессы могут проходить в деталях основных и форсажных камер сгорания, газовых турбин и в канале реактивного сопла. При старении пластических материалов снижается их прочность при растяжении, увеличиваются газопроницаемость и

хрупкость при низких температурах, ухудшаются диэлектрические свойства.