автореферат диссертации по транспорту, 05.22.14, диссертация на тему:Повышение надежности воздухо-воздушных радиаторов самолетов ИЛ-76 и ТУ-154 технологическими методами в условиях АРЗ

ДКПАРТАМЕНТ ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВШШЯ

р Г 5 0 ДгаетитажиЯ университет

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

На правах рукоптон

ПВСТОВА Ирина Александровна

ГОШШШЕ НАДЕЯЮСТИ ВОЗДУХО-ВОГДУШШХ РАДИАТОРОВ САМОЛЕТОВ 101-76 И ТУ-154 ТШОЛОГШИЖИМИ МЕТОДАМИ В УСЛОВИЯХ АРЗ

Специальность 05.22.14 - Эксшгуатшдат воздупного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

дяоовртапзот .на оокохаяю ученой отвотни кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа шпаднена в Московском государственном техническом университете гражданской еваацки,.

Научный руководителе- доктор технических наук, профессор, академик Русской Академии, заслуженный деятеле науки н техники Фролов В.П.

Ведущая организация • АО Внуковский Авиаремонтный завод М 400

Защита состоится в часов па заседании специализиро-

ванного совета Д. 072.05.01 в Московском государственном техническое универоигете гразданскоа авиации по адресу; 125493, Москва, Крокетадский Оул*вар, 20.

С диссертацией ыохно ознакомился в биолиотэко института.

Автореферат разослан 1994 года

Отзыв на авторв^рат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью учреждения, оросим направлять в адрос института.

Учёный оекретаръ спэциалазировакного Совета Д.072.05.01, доктор технических неук, профессор

СЛ. Камзолов

осад ХАРАКТЕРИСТИКА РАООГН.

Актуальность работа. В условиях рыночной экономики о особой остротой встают задачи экономии материалов, повышения качества и надежности издэллй, сниагания трудоемкости а себестоимости их. изготовления и ремонта. При решеиии этих задач большая роль припадлеиит вопросом совершенствования технологии и организации ремонта.

В полной мере эта требования времени относятся и к авиационному пгрогатостроогаш в связи с дальнейшим ростом перевозок па самолетах Ип-76 , Ил-86 , Ту-154 , Як-42 и внодренио в гражданскую авиация самолетов нового поколения: Ил-96-300, Гу-204 и др. в частности такт требования относятся к теплооОмошшм аппаратом, обэспечивапдим работоспособность систем кондиционирования воздуха, етзшдоятелъность экипажа и пассажиров.

В система кондиционирования воздуха' (СКВ) летательных аппаратов пркмэпягтея воздухо-воздушшэ радиатора (ВВР), пзготовлошыэ лз нэрзавэизп сташ, лнбо кз алгктшевнх, медных, титановых и никеловнх сплавов. Для большинства ВВР отсутствует метода их ремонта. ВВР по внешпм воздействиям паходятоя в очень слоашх условиях. Частое топлосмэпы, шбрационнш пагрузкп и перопадо давления иоиду полостящ продувочного и охлаадаомого воздуха о одной сторона,а так н> тонкостенная и ¡кесткая конструкция ВВР, с другой, приводят к тому, что они часто но шрабогшзаггг гарантийный ресурс, вследствие появления трещин, свящой, которые приводят к нарушении горотпгаюсти, т. е. к уточке воздуха в атмосферу через песплошности материала в корпусе или к паротекагаго воздуха из полости охлавдяомого воздуха в полость продувочного. Откьааваио ВВР подлеват замена па исправнно, что впаивает рост материальных и финансовых расходов па эксплуатацию самолетного парса из-за простоев воздушных судов, дополнительного расхода запаешх агрегатов и трудовых ресурсов. Вопроса«* ггашпопил надежности п долговечности авиацяоншя. теплообменников пз наиболее

распространивший материалов: стали 12Х18Ш0Г и латуни Л63 посвящена данная работа.

Цель работы. Целью работы является анализ и обоснование причин разрушения наиболее распространненных конструкция авиационных теплообменников из стали 12Х18Щ0Т и латуни Л63, выявление технологических Факторов, влияющих на повышение надежности ВВР, с посладущвй разработкой технологической инструкции по ремонту ВВР, которые ранее были не ремонтопригодны, что должно обеспечить более высокую надежность в долговечность изделия в вксплуатащш.

Методы исаяэдовашш. Результат» исследований получены с применением металлографического анализа, с помощью оптического микроскола ТЕМСКАН-100 СХ в регимэ сканирования. В работе использовались метода статистического анализа для обработки отказов радиаторов в системах кондиционирования воздуха Ту-164В, Ил-76. Ыикрорентгеносшктралъньй анализ выполнялся на приставке ИКК, которой снабжен електрошшй микроскоп ТЕНСКАН-100 СХ. Измерение твердости производилось на микротвердомере ШГ-4. Применялся дифрахтомотр ДРОН-ЗН для измерения ыакронапряжаний сварных швов топлоабданников.В работе так же использовались усталостнио испытания на магнитао-ревонансном стенда 11-100, различие виды шханических и коррозионных испытаний. Для измерения твердости, плотности, электросопротивления материала Л63 ВВР 2217Т использовался вихрвтоковыа структуроссоп. - , >

Научная новизна работы. В исследуемую область знаний автор вносит принципиально новый подход к классификации ВВР: если рагче ощ считалась изделиями неремонтопригодными, то теперь благодаря! теоретическим и шсшриданташыы разработкам автора» ВВР 4487АТ, 541617^ {22177 стала ремонтопригодными, с повышенной надежностью и економичностью их в вксглуатвцзи. Всесторонне исследованы причины и механизм разрушения с-альных и латунных воздухе-; воздушных радиаторов из материалов Ш38НШ илбЗ. Установлено, что при Т^/с - повторная подварка , предусмотренная

технологией приводит к ликвации и по границам зерен.

Показано,что для стельных радиаторов необходимо. чтобы

релаксация технологических напряжений проходила с возмоено большей интенсивностьи. Установлено, что с увеличением времени вылеживания в условиях складирования после изготовления от О до 12 мосяцов средняя наработка возрастает на 834 летпнх часов и что плотность и интенсивность распределения отказов имеют тенденцию к сникенив в зависимости от возрастания времени вылеяивания.

Выявлены закономерности появлопил отказов ВВР 4487AT, 6435-01, 22I7T, систем кондиционирования самолетов типа Ту-1Б4Б, Ту-154М, Ил-76, полученные на основе анализа статистики, поэволяпцпо планировать проведете восстановительных работ.

Отработанн режимы отжигов радиаторов из стали I2XI8IHOT по результатам усталостных испытаний и из латуни Л63, исходя из механизма разрушения.

Отработан оптимальный режим упрочнения боковин и сварных ивов па виброустановке М6365-205 для стальных радиаторов, позволяющий увеличить предел выносливости и число циклов до разрушения.

Было установлено, что в результате вылеживания в условиях складирования ВВР из латуни Л63 релаксации папряяониЯ в них не происходит.. Автором было установлено, что после вылеживания их сроком до 4 месяцев в материале изделий наблюдается изменение параметров величин плотности, твердости, електросопротавления, что связывается с дисперсионным твердением. Таким образом, отработанн сроки предупредительных отжигов (до 4 месяцев после изготовления ВВР) с целью предотвращения начала образования трещин.

Практическая ценность I. Благодаря исследованию причин механизма разрушения стали 12Х181П0Т первичных ВВР показано, что в существующая технологии изготовления ямевтея существенные недоработки (так повторные подвергся могут приводить к ликвации титана по границам зереп).

2. Для предотвращения ликвации необходима дательная проверка химического состава материала па содержание углерода, введенная в технологию.

3. Разработан восетппоштелышЯ ромопт стальных и латунных

ВВР.

4. Рекомендованы припои для ремонта данных теплообменников.

5. Отработаны режимы отжигов для восстановления свойств стальных и латунных радиаторов на основании усталостных испытаний и механизмов разрупения материалов.

6. Разработана методика перевода ВВР из класса неремонто-пригодшх в класс ремонтируемых.

7. Разработана и внедрена в производство инструкция по ремонту стальных и латунных ВВР методом пайки , сварки и отпита. #

На защиту выносится ^Закономерности появлепия отказов ВВР 4487 AT, 6435-01,2217 Г систем кондиционирования воздуха самолетов ТУ-154 Б, ТУ-154 М и ИЛ-76, выявленные на основе анализа статистики, появолшщиэ планировать проведений ремонтно- восстановительных работ.

2. Ыотодика обоснования перевода ВВР из класса невосстгчавливаешк в класс восстанавливаемых изделий па примере двух типов теплоагрегатов : пластинчата- ребристых и кожухо- трубных.

3. Результаты вксперименташщх лабораторных исследований по выявление причин и механизмов проядевремэшюго разрушения радиаторов из стали 12Х1РЧЗОГ и латуни Л63.

4. Результаты усталостных испытаний для стальных радиаторов, на основании которых отработаны режимы отжигов а оптимальный режим упрочнения радиаторов.

Б, Результаты, подтверздащиэ наличие механизма разрушения в а латуни по типу образования концентрационных гон, в которых происходят превращения в твердом состоят®. Результаты, подтвэрхдаодиэ, что $ а- латуни нэ происходит релаксации остаточных напряжений при вылеживании. Режимы отжигов, на основании сделанных выводов, необходимые для ремонтно-восстановитпльных работ ВВР 2217 Ч,

6. Основные положения технологической инструкции по рэыонту ВВР пайкой, свайкой п отжигом, созданной на основе теоретических и экспериментальных исследований по методика автора, апробация ее в авиаремонтном предприятии.

7. Результаты подконтрольной вкоплуатации.

Реализация работы. Результаты диссертационной работ

послужили основанием для разработки инструкции по ремонту стальных и латунпнх ВВР методом пайки, сварки и отжига. Инструккия внэдрэпа на авиаремонтном заводе ГА,в ВВС. Результата диссертационной раборгы внедрены в учебном процессе в виде лабораторной работы и методических рекомендациях к работе.

Апробация работа.Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на научно практических семинарах на кафедре " РЛА и АД (МИИГА, 1989-90 г.);

- на Всесоюзной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта (МИИГА, 1990 г.);

- на научно- техническом семинаре "Катода восстановления изношенных деталей AT на заводях ГА" (ВДНХ,1990 г.);

- на внутривузовской научно-технической конференции ■"Обеспечение безопасности полэтов и экономичности эксплуатации воздушного транспорта" (МЩГА.1991 г.)

- на научно-тэхничееском семинаре "Сварка и пайка в производстве радиоэлектронной аппаратуры и приборов {ПДЭШ3.1991 г.):

- на научно-техническом семинаре "изготовление топлообменпой аппаратуры" (ПРДЗ, 1993 г.).

Публикации. По томе диссертации опубликовано 12 паучннх работ.Разработали два отраслевых рационализаторских предложения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и приложения. Работа изложена па 165 страницах, содержит 53 риели а, Зг> таблиц , 7 страниц приложения и список литературы из TOB наименований.

Основное содержание работы.

Введение. Сформулирован общий подход к решению вопроса и кратко изложены результата исследования .

Глава I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОЗДУХО-ВОЗДУП5Ш РАДИАТОРОВ

в период эксплуатации; обзор основных причин разрушения

Для анализа причин разрушения наиболее распространенных авиационных теплообменников в данной главе дается обзор я конструктивные особенности возило- воздушных радиаторов 4487 AT, 6435-01, Б41Б AT, 2217 Т. Рассматривается предназначение и условия работы каждого из рассматриваемых теплообменников.

Повышение надехносм и долговечности BBI во иного» определятся выбором оптимального припоя . реггма и способа пайки при изготовлении матриц. Зто одно из направлений по которга.у этот вопрос решался до сих пор. Автором проапалази-зироваш разработки по отечественным я зарубежным припоям, применяема« для изготовления ВВР. В технологическое инструкции но ремонту воздухо-вездушшх радааторов, разработанных автором имеется споцифкнвция припоев, применяемых для ремонта с учетом данного анализа.

В обзоре основных причин разрушения приводятся статистические данные, позволяюсь сказать, что за последние 10 лет по радиаторам 5415 AT, 4418 AT при вшюлвашш KBPI на самолетах браковалось 1002 телообиешшков пра проверке на герметичность по полости горячего воздуха. Начиная с 1981 года по чластинчато-рейристым радиаторам с наработкой от 300 до 2500 летшх часов в среднем 50Х агрегатов имэжн отказы по этой причине;тага приводится таблица отказов Таб.1.

Исследование рекламационных изделий но датам предприятия разработчика, исследования статистических данных показали, чтг для изделия 6415 AT иаруиенио герметичности происходят с разрушением гофрированных плаепш и фвкевторов с выходом трециш на Оокошну. т.е. в 80% га IOC« иаруиенио герметичности происходят по внутренней и внешней полостям. Именно эти случаи и представляют для япторя наибольший интерес как менее изученные.В остальных

случаях разрупоюто происходит по внутренней полоста: свищи, трешти, т.о. без выходв на сварной шов и боковину. В изделиях 4487 АТ я более усовершенствованного 6435-01 в 90 случаях из 100 нарушило внесшей негермвтичгости: трояинн по углам, по сварному шву с пароходом п без порвхода на боковину. Разрупошт топлообмешпшов по заклшегаю специалистов п/я Р-6209 имеет усталостный характер. Они считают целесообразным провести мероприятия по повыпению Надежности и долговечности изделий. Письма ММГА Й Б8/П4 от 18.01.89 г., J8 68/4S6 от 31.03.8? г. и Т.Д.

Таблица I.

год выпуска общий выпуск число отказов % числа отказов

(штук) (штук) к общему выпуску

1983 430 172 40

1984 278 169 60

19SS 3G8 135 36,7

1990

ВВР 6845-01 483 93 19

По данным ГОШШГ/ за последние 10 лет в среднем от 20 до 25% ВВР 2217 т самолета ИЛ-76 и. то ют отказы, не долетав до назначенного ресурса. При КВР ВВР 2217 Т с самолета не снимаются. Параметры радиатора замеряются при пробе двигателя. Рздиатор был перемонтопригоден до последнего времени. Наиболее часто встречаются следующие типы дефектов:трещины сварных швов и основного материала; непэрметнчность крайних сот; тгертетичность средних сот; вмятины яя поверхности боковин п трубок.

1'лпвп ?,. оросноклнкя характера разрушения пластинчато-гекгисш гшатогчш ¡го (тгали штпт и ксоухо-трубшх

№ ЛЛТУТГО лга. и 1.1 кик г лгп(^1"м лили предприняты лчльнпйшм

исследования в области определения характера разрушения ВВР. Било обращено внимание, что на каждае 10 дефектных радиаторов 5415 АТ приходится один, где матрица жестко не зафиксирована в корпусе радиатора, а так же выборочно были исследованы дефектные радиаторы 4487 АТ и 6435-01, порядка 30 штук. В процессе исследования их было выявлено большой число шпропаев между боковинами и разделительными пластинами, Солее 10%, которые разрешены по ГОСТ.

Разнотолщюшость по сечению боковин составила на некоторых участках до 505 от исходной толщины пластины. Это ведет к возникновению напряжений I рода., что было подтверждено на дифрактометре ДРОН-ЗМ. Дальнейшие результаты получены с применением следующей методики.

Методика испытаний. Для металлографических исследований был использован оптически микроскоп ВЕРТИВАЛ производства ГДР. Электронно-микроскопические исследования проводились на влектронном микроскопе ТШЖАН-100 СХ, производства Японии, в режиме сканирования. Автором били исследованы дефектные места, троялны на радиаторах 4487 АТ, 6435-01, 6415 АТ. Образцы для испытаний приготавливали шлифованном на образивных шкурках и алмазных пастах. Для выявления микроструктуры образцов применяли электролитическое травление в растворе следующего состава: 10 граммов щавелевой кислоты, 100 миллилитров дистиллированной вода: напряжение на электролитической ячейке составляло 8 вольт; катод-нержавепдая сталь. Микрорентгеноспектральиый анализ поверхности образцов выполнялся на приставке Ш,которой снабмн электронный микроскоп ТЕМСКАН-100 СХ.

Анализ проводился следующим образом: вначале вбиралось интересутше автора мэсто л набирался спектр элементов во всем интервале. Затем каждый.пик индоцировался и получала изображение поверхности образцов в лучах каждого элемента, присутствумего в набранном спектре. Эти изображения сравнивались с изобретшими в отраженных алоктронах в таким образом, выясняли какой элемент из набранных в спектре присутствует в той или иной области материала. Далее изображения выводились на экран дисплея и распечатывались на принтере.

- И -

При исследовании сталыых радавтороп Оило обнаружено, что стремясь уменьшить содераание карбидов титана на стадии производства материала, соотношение Т1/с>Б(о-0,02) в оталышх радиаторах не соблюдается. Достаточно большое содержание Г 1/0=10,Б приводит к тому, что в стали 12П8Щ0Т кроме карбоиитрадов Т1 содержание других кврбопитряданх фаз пезначительно. Дилатсмотрическим методом начало растворения карбонитридов Т1 было зафиксировало при 1060*0, что может нвблвдаться при повторных подварсах сварных швов. Растворение их приводит к ликвации 71 по "рапидам зерен, образования иятермоталлидних фаз я вследствии этого, развита» зерногра-ничной деформации и можзерэяного разрушения. Этот дефект может провоцировать начало образования усталостных трещин, которому способствует наличие остагочннх напряжений I рода. Устранение дефекта возможно при более тщательном соблюдении правильного химического состава.

11а рисунке I. представлен спектр элементов, полученный от поверхности образца между вершинами трещин. Пространство кеаду вершинами трещин обогащено и. Анализ выделений по границам зерен так гэ обогвщон т!.

Автором данной работы было обращено внимание, что при исследовании материала радиаторов на электронном микроскопе ТВЖЖАН-ЮО СХ вблизи сварного ива, в района дефекта, присутствует зерна типа мартенсита. Исследование образцов с шшзуказанньш дефектами на дафрактомэтро ДРОК-311 подтвердили наличие фазы о ОЦК решеткой. Микротвердооть внутри зерна значительно выше аустенитного и достигает 3203&0 ну (Збто), что подтверздает так же наличие данной структура. Мартенситные зерна были обнаружены на всех видах стальных радиаторов, исследуемых автором в зона зарождения усталостных трещин

При исследовании трещин сварных пвов, фланцев и основного металла радиаторов 2217 Т после эксплуатации было обнаружено, что основной причиной разрушения является поражение в виде мелких, преимущественно коротких трощин внутри зерен. Трещины могут образовываться вследствии большого напряяоиия как I ток и 2 родов. Отрицательными явлениями, способствующими образования мекзерепных напряге-

CKIT А-К FS « Л

0 EU г© EU/CHAN Link Systems e«e Analyser S-Mow-ee

с

imif.

С Rl Ml

SPfiCE AROUND SMfiLL CRfik

î. il ':â 1,

f

: H Ы I • H

TI

✓ NI /NI .

^cu

fcu

•1 rr

ri"

Ci T

«>. «> T « T'a

Kl M MARKERS FOR 7

Рис. I

г«?

1 «

Г cu >

-и-

ний и как следствие трещин, может являться наличие разнородных структур, неоднородность зерна по величине.

ШВА 3. АНАЛИЗ СТАТ'/СТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ОТКАЗ® ВВР.

В формальном плане метод статистического анализа отказов ВВР зависит от поствплаппой цели. В налом случае ставится цель: установить аппигамость из аду временем вылеживания ВВР па складских помовдниях до постановки на самолет п паработхоЯ их до отказа, уточнение гарантийного и назначенного ресурсов. В более общем смысла целью анализа является выявление зависимостей швду временем вылеживания ВВР а параметрами характеристик надежности.

В процессе изготовлепия стальшх ВВР в них возникают остаточные напряжения, в честности, сварпне, которые является нежелательными, поскольку они могут вызывать во время службы недопустимые форжжзмэпопия агрегата. Поэтому следует создавать тазше условия, чтобы релаксация технологических пвщмшзний проходила с возможно большей штопсгоцостьв, палртазр, давать им вылеживаться на складских помещениях после пзготовлопил или отжигать.

Пологптолыгао влияние па релаксационную стойкость сталей оказывает все факторы, говпшащш» сопротивление роэупрочпеншэ, уштьпотте скорость возврата и способ-ствущио тормохэшпэ даМузионпых процессов, стабильные препятсятвия дшшзпив дислокаций. Такими препятствиями могут быть фазы внедрения в когерентном состоянии а в надо высокодисперсных частиц. Возникновение в аустенитной структуре очагов локального преврадения 7 -» а ухудшает сопротивление релаксации. Чей больпе с( фазы, тем ниже релаксационная стойкость, так как скорость диффузии в этих фазах ш®).

Для выбора модели отказов выбиралась цепная система, где отказ любого элешнта системы рассматривается как отказ всей системы в целом. По ранее известным работам такие отказы для цепных систем ,а в нашей случав для ВВР .хорошо описываются с помояью закона распределения Вейбулло-Гнеденко Плотнооть этот распределения имеет вид:

Выдвигается гипотеза, что данный закон распределения соответствует распределению отказов агрегатов, в частности 4487 АГ, 5415 АТ. Проверка гипотезы производится следушими известными методами:

1-РазСиваеиг данные по наработке на интервалы в зависимости от времени вале кивания их на складских помещениях до установки на самолет- а) 0-2 месяца; б) 2-5; в) 6-12; г) свыше 12 месяцев вылеюгавния.

2.Каждую группу отказавших издолий разбиваем по наработке ^.Тд.-.Т^, располагая их в порядке возрастания, строя вариационный ряд.

3. Общее время разбиваем на е интервалов А^ с таким расчетом, чтобы в каждый интервал попало не менее двух еначешай

4. На основании выполненной: разбииш составляем таблицы с числом колонок, в которые заносил исходные данные п результаты расчетного определения статистических данных

^Ш» каадого интервала.

5. Строим графики г^), ^(Ю, ^(О предполагая, что характер статистического распределения соответствует распределению Вейбулла-Гнеденко.

6. Параметры распределения ВейОулла-Гнэденко тД находятся из решения системы уравнений на основе данных отказов по каждой груше

1 =Х Г к-л 1*1

а

\т а

7. Определяем теоретические характеристики fi(t),Xi(t),P1(t> для всех интервалов и груш.

8. Производим сравнение статистического и теоретического распределения с помощью критерия %г.

9. Определяется средняя наработка до отказа каждой группы по Формуле:

Тср= ¡V/n,

СО

строится график; сравниваются графики XA(t) для каждой группа распределения отказов.

Подтвердив правильность закона распределения,набранного автором, на основании расчета статистических данных были найдены параметры для каждого интервала вылеживания на складских помещениях, что дает возможность построить графики зависимостей т^- средней наработки на отказ от t- времени вылеживания на складских помещенияъх до эксплуатации (рис.3); \j(t)- интенсивности отказов для каждой группы вылеживания и сравнить их (рис.3); ij(t)- плотности распределения отказов для каждой группы вылеживания на складских помещениях до эксплуатации (рис. 2).

На основании исследований было выявлено, что о увеличением времени вылеживания на складских помещениях после изготовления ВВР из стали 12ХХ8ШОТ от 0-2 месяцев до более 12 месяцев средняя наработке на отказ возросла на 834 летных часа; от 0-2 месяцев до 5- на Б15 летных часов.Было показано, что плотность распределения отказов l(t) снижается от 3,29 10"4 при 2000 летных часов налета до 2,25 10~4при 3600 .птных часов при вылеживании на складских помещениях ->т 0-2 до 12 месяцев вылеживания. Интенсивность распределения отказов X(t) так же имеет тенденцию к снижению в диапазоне среднестатистических наработок на отказ от 7,4 I0"4 до 5,4 Ю-4 при вылеживании от- 0-2 до более 12 месяцев. Исходя из статистических данных, стальные радиаторы, которые вылеживают после изготовления 0-2 месяца че вырабатывают гарантийный ресурс. Среднестатистическр? наработка на отказ- 2135 летних часов. При вылеживании на гададских помещениях от 5 месяцев до 2 лет ВВР вырабатывают

ч * «s

F

ï>

.-к)

£

Дни

- 17 -

il

3

<o»e

H <=< I5íb

гарантийзшй ресурс.

ГЛАВА 4. Повышение надежности и долговечности ВВР путем применения отжига и ПОД с учетом механизмов их разрушения.

В четвертой главе представлены результаты усталостных испытаний образцов стальных ВВР.Экспериментальные данные сварных образцах и образцах, изготовленных из боковин • были получены в соответствии со стандартной методикой. Образцы изготавливались в соответствии с ГОСТ. Усталостные испытания проводились на магнитно- резонансном стенде М-IOO. По данным экспериментов строились графики рис. 4

Испытания показали, что отжиг стольных радиаторов 470*С - 24 часа повышает предел выносливости образцов, вырезанных из боковин и разделительных пластин с 250 Ша до 280 МПа (на 12%), увеличивая число циклов до разрушения более чем на порядок; образцов из свиных соединений со 178 Ш1а до 220 МПа (на 24%), увеличивая число циклов до разрушения с 1,7 до 2,3 10. Отжиг 650'С - повышает предел выносливости образцов, вырезанных из боковин и разделительных пластин с 250 Ша до 295 Ша (на18Х), увеличивая число циклов до разрушения более чем на порядок; в случае образцов из сварных соединений- предел выносливости повышается со 178 ИПа до 225 ЫПа (на 24%), увеличивая число циклов до разрушения с 1,64 Ю4 до 6,62 I04. Подучены данные снижения остаточных напряжений на сварных швах радиаторов, как наиболее напряженных : остаточное напряжениепосле наработки 3000 летных часов и подварки о=254 Ша ; после отжига 650'С-Ю Часов о=0 ; после отжига 660*0 - 10 часов и ПОД о=-ПО МПа . Отжиг производится в среде инертных газов. ,

Дифрактограмми подтверждают увеличение а фазы в сварных ивах, что говорит о повышении их стойкости против горяч! ; трещин и межкристаллитной коррозии.

Отмечена рекристаллизация отдельных зерен при ББО'С. Это хотя и приводит к некоторой разнозернистооти, с другой сторовы способствует "залечиванию" металла при образовании

дефектов, способствующих его разрушению.

На основе ранее проведенних исследований было установлено, что в а области диаграммы Cu-Zn зафиксированы упорядочения на основе стехиометрических составов CUgZn и COjZn , что говорит о более сложном механизме разрушения чем только коррозионное растрескивание для латуни Л63. Таким образом в а области системы Cu-Zn наблюдаются 2 концентрационные зоны, в которых происходят превращения в твердом состоянии. Природа этих превращения сводится к зарождению и росту центров перекристаллизации. По данным ряда авторов химическое соединение Cu^Zn претерпевает полиморфное превращение, образуя 2 фазы: aj и Oj. Автором было исследовано 40 образцов, вырезанных из 20 листов, из которых изготавливается ВВР 2217 7, лист ДПРХН2 НД Л63,Г0СГ 629-78. В исходном состоянии листы не вылеживались на складах, они ишли структуру, соответствующую Л63, плотность, электропроводность, твердость,соответствующую исходному состоянию. После 4 месяцев вылеживания наблюдалось увеличение этих параметров, что соответствует, данным ряда авторов рис. . Автором отработаны рекам отжигоэ,

возвращающие параметры в первоначальное состояние: ББО'О - 3 часа; 360*0,-3 часа,однако второй режим не снижает о остаточное до 0, при возвращении других параметров в исходное состояние, желательно в печах с нейтральными газами, исключая водород.Исследования параметров латуни ЛБЗ производились на вихротоковом структурескопе ВС-01.

В разделе 4.5 данной главы приводится методика перевода ВВР из класса неремоятопригодных в класс ремонтируемых.

До настоявдго времени ВВР 4487 AT, 541Б AT, 2217 Т являлись неремонтопригодными. Они дорабатывали до назначенного ресурса и даие до гарантийного, выходя из строя. Их снимали с объектов и списывали. На примере двух распространяемых типов радиаторов: перзячлых пластинчато-ребристых из стали I2XIBHI0T и кояухо-трубкнх из латуни Л63 показ! принципиально различный подход к объяснению причин возникновения дефектов и воздаяние пути пути предотвращения их появления и ремонта Лак статистические даннко показами что в процесса ичготсвлчния гтальннх DBP, в них возни*. ■

Измеьвые свойств оОраЗцоя из листов ДЦНЮ МД Л 63.

S

qe •A4

\ V

\ V

\ V

\

О i Л 3 Ч Ъьсллиси&вмсе ê

J

J zso

* § гх о

m

1 тс

i 400

S

vö

Вылйжявацае в месяцах б

Iй

I5

/

/ /

I'liC .

О I z з f

Внлёживанив в месяцах g

пение ппряметров л f^ fh,

\

остаточные напряжения, в частности посла сварки, которые является нежелательными, поскольку они могут вызывать во время службы недопустимые формоизменения агрегатов. Исходя из этого следует создавать такие условия, чтобы релаксация технологических напряжения, а так же напряжений, возникающих в процессе их эксплуатации проходила с возможно большей интенсивность!), т.е. давать им возможность вылеживаться в условиях складирования после изготовления или Создавать систему отжигов. Данные об этом приведены в главах 3, 4.

Нельзя считать, что для ВВР 2217 Т из латуни Л63 в результате вылеживания происходит только релаксация напряжений. Это было бы при отсутствии превращений в латуни. В а области системы Си-Ьп наблюдаются две концентрационные зоны, в которых происходят превращения в твердом состоянии. Природа этих превращений сводится к упорядочению компонентов вблизи стехиометрических составов Сид£п и Си^Хю, представляющих превращения I рода, протекающие путем зарождения и роста центров перекристаллизации. Это осложняется явлениями, связанными с коррозионным растрескиванием. Автором было установлено, что после вылеживания в условиях складирования - 4 месяца наблюдается изменение параметров плотности, электросопротивления, твердости. Автором отработаны режимы отжигов, возвращающие параметры в исходное состояние, что показано выше.

В случае выхода ВВР обоих типов из строя необходимо классифицировать их согласно классификатору, имепцемуся в приложении. Устранение дефектов методом пайки и подваркл может приводить к наличию растягиваяшшх напряжений в зонах, прилагавших к сарному шву, что необходимо устранять путом отжига по отработанным режимам.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

I. В системе кондиционирования летательных агааратов применяются воздухо- воздушные радиатор;, изготовленные из нэржа! .¿щей стали 12П8Ш0Т, агрегаты: 4437 АТ, Б4Г5 ЛГ, 6435-01;латуни ЛбЗ, агрегат 2217 1, методом пайки и сварки. Указанные ВВР по внешним воздействиям воздействиям находятся п очень оложшх условиях. Часты? топлосмэны.

вибрационные нагрузки и перепади давления между полостями продувочного и охлаждаемого воздуха о одной стороны» а так же тонкостенной и жесткая конструкция ВВР, с другой, приводят к тому, что после FTpaöoiKH гарантийного ресурса службы радиатор, вследствие появившихся трещин, свищей выходит из строя.

2. По результатам исследований радиаторов из стали I2XI8HIOT установлено, что характерными дофектамя их являются шпропаи между боковинами и разделительными пластинами, разнотолщинность, которая составвляет на некоторых участках до Б056 от исходной толщины пластины. Это ведет к возникновении напряжений I рода.

3. На основании исследований на электронном микроскопе ТЕМСКАН- 100 СХ Микроструктура и шкрорентгеноспектралъного анализа на приставке LUIS, а так же благодаря применению дафракгоштра ДРОН-зм было установлено, что соотношение

в стальных радиаторах не соблюдается. Достаточно большое содержание Т1/(£ 10,5 приводит к тому, что в этой стали кроме корбогаирвдов И содержание других карбонитридных фаз незначитолъпо.Дилатометрическим методом начало растворения карбонит—ридов Ti било зафиксировано при 1060*0, что данет наблвдаться при повторных подварках сварных швов. Растворение их приводит к ликвации Ti по границам зерен, образованию иптзрмоташгчоских фаз и вследствиг этого, разватив зорнограшгшой деформации и мэжзеренного разрушения. Этот дефект может провоцировать начало образования уссталостных трещин. Устранение дефекта возможно пра более тщательной соблюдении правильного химического состава данной стали, что должно быть зафиксировано в технологии.

4. В процессе изготовления стальных ВВР в них возникают остаточные напряжения, в частности сверяла, которые являгге

нежелательными. Поэтому следует создавать такие условия, чтобы релаксация технологических напряжений проходила о возможно больпеЯ интенсивностью, например давать им вылеживаться в условиях складирования после изготовления илт отжигать.На основании исследования, грввдэнных авторе« было га явлено, что с уйличением времени вилеживппия п условиях

' ряжения в частности сварннэ,, С увеличением вылеживания в условиях складирования после изготовления ВВР из стали 12Х1810Г от 0-2 месяцев до более 12. средняя наработка агрегатов возрастает на 834 летных часов; от 0-2 месяцев до 5 - на BIS лэтных часов.Колебания в средней наработке на отказ с течением вылеживания могут быть связаны о такой технологи-, ческой причиной, как явление положительной и отрицательной релаксации. Отрицательная релаксация возникает с выделением карбидов из еустенита в, в следствии етого, о приростом напряжения. Различие в количестве карбидов зависит от прэд-.истории изготовления агрегатов. С другой стороны, появление очагов локального превращения в прцэссе наработки

ухудшает сопротивление релаксации, так как скорость диффузии в втих фазах вше.

5. Шло показано, что плотность распределения отказов f(t) снижается от 3,29 10* при 2000 летных часов валета до 2,25 ДО4 ври 3600 летных часов spa вылеживании на складских помещениях до эксплуатации от 0-2 месяцев до более 12 месяцев, ри вылеживании от 0-2 месяцев до Б месяцев

' плотность распределения отказов снижается от 3,29 10* при 2000 часов налета до 3,16 10* при 2800 летных часов.

Интенсивность распределения отказов X(t) так жэ имеет тенденции к снижению в диапазона среднестатистических наработок на отказ от 7,4 I04 до 5,4 I04 при вылеживании от О- месяцев до более 12.

6.Испытания показали, что отжиг радиаторов из стаж 12П8ЯЗОГ 470'С - 24 часа повышает предел выносливости образцов, изготовленных в соответствии с ГОСТ, вырезанных из боковин и разделительных пластан с 250 МПа (на 1255), увеличивая число циклов до разрушения более чем на порядок; образцов из CBipimx соединений со 178 ЦПа до 220 МПа (на 24t), увеличивая число циклов до разрушения с 16,6 Ю6 до 2,3 10®. отжиг 650*С-10 часов повывает продел выносливости образцов, вырезанных из боковин л разделительных пласта* с 250 МПа до 295 Ша (16%), увеличивая число циклов до разрушения болов чем на порядок; в случав образцов из сварных соеданений-продел выносливости повыла- • г, ®тся со 178 МПа до 225 МПа (24*), увеличивая число циклов до разрушения с 1,6 I06 до 6,5 Юв.

7. .Получеш дагашэ снижения остаточных напряжений на сварных швах радиаторов, как наиболее напряженных: остаточное напряжение после наработки 3000 летных часов и подварки о=2б4 №1а; после оз.тшга 650*0 - 10 часов о=0; после отжига и ППД о=-Н0 Ш1а; Дифрактограмма подтверждают увеличение а фазы в сварных ивах, что говорит о повышении их стойкости против горячих трещин и межкристаллитной коррозии;

8. . Отмечена рекристаллизация отдельных зерен при 650*0. Это хотя и приводит к неекоторой разнозернистости, с другой стороны способствует "залечиванию" металла при образовании дефектов, способствующих его разрушению (для ВВР из стали 12Х1810Т).

9. .Для латунных ВВР 2217 Т установлено, что после вылеживания в условиях складирования - 4 месяца в материале наблвдаются изменения параметров плотности, твердости, электросопротивления, соответствующие дисперсионному твердению. Отжиг 5Б0*С -Зчаса способствует возвращению параметров в исходное состояние, кроме того остаточные напряжения снижаются до 0. Отжиг 350'С остаточше напряжения до 0 не снижает, при возврвто параметров в первоначальное состояние. Более длительный отжиг приводит к росту зерна.Автор считает целесообразным проводить отжиг изделий в среде нейтральных газов, кроме водорода 630*0 - 3 часа для снятия. оотаточннх напряжений и ликвидации дисперсионного твердения, связанного с налаживанием изделий.

Ю.. На примере двух типов, радиаторов: первичных пластинчато- ребристых из стали 12П8ШОГ и кожухо- трубных из Л63 покаа принципиально различный подход к объяснению причин возникновения дефектов и возможные пути предотороще-ния их появления и ремонта. В случсе стальных ВВР желательны вылеживание и отжиг для снятая остаточных напряжений; в случае латунных ВВР вылеживание не желательно, вследствие дисперсионного твердения и явлений коррозии вод напряжением. Необходим отжиг после 4 месяцев вылеживания или промежуточный отжиг после подвврок для предотвращения разрушения.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих рпботах. I. Пистона И.А.,

-¿е. -

. I. Методы исследования кинетики разрушения на примере стала 20ГСЛ с использованием когерентной оптики: //Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта. Тезисы докладов Всесоюзной научно технической конференции/ МИИГА-М, 1990.- С.32.

2. Фролов В.П. .Пестова И.А. Технологические пути повышения надежности воздухо-воздушного радиатора (изделие 4487 АТ) самолета ТУ-154. Методические указания к лабораторной работе по дисциплине "Производство и ремонт ЛА и АД" для студентов ГУ курса специальности 13.03 всех форм обучения / МИИГА-Ы., 1991.-С.27.

3. «ролов В.П.,Пестова И.А. Пути повышения эксплуатационной надежности пластинчато-ребристых теплообменников типа 4487 АТ, изготовленных из стали 12П8Ш0Т.//Научно-технический прогресс и эксплуатация воздушного транспорта. Тезисы докладов Всесовзной научно-технической конференции / ЫИИГА-М, 1991.-0.26.

4. Фролов В.П.,Песгова /.А. Кинетика разрушения на примере стали 20 ГСЯ с использованием когерентной оптики.//Передовой производственный опыт и научно-технические достижения, рекомендуемые министерством для внедрения в гражданской авиации. Информационный сборник ( ЦНТИГА. 1991,выз.2.-С.58.

5. Фролов В.П.,Пестова И.А. Методы повышения долговечности в •сткнчато-ребристых теплообменников.//Передовой производственный опыт и научно-технические достижения, рекомендуемые министерством для внедрения в гражданской авиации. Информационный сборник/.ЦНТИГА. 1991,вып.2.-0.69.

6. Пестова И.А..Фролов В.П. Доменные структур! и пути повышения надежности радиаторов. //Сварка и пайка в производстве рада электронной аппаратуры в . приборов .Тезисы докладов семинара / ЯРДЭНГП.-Певза. ,1931-0.34-Эв.

7. Пестова И.А. Реомоншв структуры па иллюминаторах ТУ-154. //Научно-технический прогресс п эксплуатация воздушного транспорта. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции / ЬМИГЛ-М..1990-0.32.

В. Пестова И.А. Метода исследования кинетики разрушения ВВР из стали 12Х18Щ0Т и латуни л63 с применением оптики. //Сварка и пайка в производстве радиоэлектронной аппаратура п приборов. Тезисы докладов семинара / ПРДЭНТП.-Пвпза. ,19??.

0.Б6-Б7.

9. Пэстова И. А.,«ролов В.П. Доменные структура. //Восстановление авиационной тохвиш. Нвучво-методаческие материалы под редакцией Кривули В.Г./ ВВИА им. И.Б.Яуковско-ГО., 1992-0.70-72.

10 Пастова И. А., Сафэров D.O., Гораздовсгой Т.Я., Экспериментальные выявления доменов реологических полай. //Сборник статей под редакцией Гороздов ого Т.Я. / ОНГИ. 1987.

11. Пестова И.А, .Фролов В.П. Основные пргаш разрушения воздухо-воздушша радиаторов типа 2217 Т го латуна Л63.

/ Материала семинара "Изготовление твшообменной аппаратуры м / ЦРДЗ,-М.»1993 0.97.

12. Пестова И. А. Методика перевода ВВР из иеремонтопригодша в ремонтируемые. У Материала семинара "Изготовление тепло-обменной аппаратуры" / ЦРДЗ,-М.,1993 C.I39.

ЛР № 020580 ОТ 23.06.92 г, Подпиоано в печать 4.07.94 г. Печать офоетная Формат 60x84/16 1,75 уч.-изд.л.

1,63 уол.печ.л, Закаа й 652Тираж 100 вкз.

■ ■ ....... ■" » ■ - . . -.......

Московский государственный технический университет ГА Редшшлопно-издательскиЯ отдел 125493 Москва, ул.Пулковокая» д.ба

МооковокиЯ государственный технический университет ГЛ