СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ СПЛАВОВ Российский патент 1997 года по МПК G01N23/20 

Изобретение относится к метрологии (контрольно-измерительной технике) и может быть использовано для неразрушающего контроля, например, дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов при определении остаточного ресурса их долговечности.

Известен способ определения остаточного ресурса долговечности деталей из никелевых сплавов, включающий рентгенографическое измерение параметра, зависящего от наработки деталей, нахождение его функциональной зависимости от времени службы детали и определение остаточного ресурса по результатам измерений параметра на начальной (испытательной) стадии детали.

Недостатком его является недопустимо низкая точность определения остаточного ресурса долговечности деталей из никелевых жаропрочных сплавов при повышенных температурах.

Достигаемым техническим результатом при использовании предложенного способа является существенное повышение точности измерений, позволяющее с необходимой достоверностью определить остаточный ресурс деталей.

Технический результат достигается тем, что производят предварительную рентгеновскую съемку в режиме ω-сканирования деталей и определяют относительный коэффициент N нерегулярности рентгеновского спектра при испытании деталей вплоть до разрушения, находят по полученным данным базовую зависимость N = f(τ) от времени τ наработки, определяют величину t_кр критической долговечности, затем рентгенографируют контролируемую деталь, определяют соответствующую полученным данным величину N_х, с помощью базовой зависимости находят величину τ_н и определяют остаточный ресурс детали τ_ост= τ_кр-τ_x.
На фиг. 1 показана схема определения коэффициента нерегулярности рентгеновского спектра R по рентгенограммам с геометрией ω-сканирования; на фиг. 2 участки рентгенограмм в режиме q 20, демонстрирующие одинаковую ширину дифракционных линий для материала исходного диска (а) и разрушенного в процессе эксплуатации диска (б); на фиг.3 рентгенограмма в режиме w-сканирования материала исходного диска (a), дисковое поле наработки 1100 ч (б); на фиг.4 схема рентгеновской съемки в режиме w-сканирования; на фиг.5 схема формирования рентгенограмм в режиме w-сканирования для крупнозернистой нефрагментированной (а) и фрагментированной (б) структуры; на фиг.6 вариант базовой зависимости коэффициента нерегулярности рентгеновского спектра от времени наработки.

При детальном описании поврежденного способа будет опущен ряд вспомогательных подложек, общеизвестных из опубликованных источников. Подробно будут изложены только отличительные особенности способа, в числе которых то, что производят предварительную периодическую через интервалы времени, взаимосвязанные с необходимой точностью измерений, рентгеновскую съемку в режиме w-сканирования деталей в процессе наработки, например в газотурбинных двигателях. На основе проводимых измерений определяют относительный коэффициент N нерегулярности рентгеновского спектра
N = (R_o-R)/R_o,
где вспомогательный параметр нерегулярности рентгеновского спектра, I интенсивность линий (пиков) спектра, ω угловой параметр сканирования (угол поворота образца относительно оси гопиометра), n количество интервалов измерений интенсивности рентгеновского спектра,
n = (ω_n-ω)/ω_o,
где ω_o и ω_n начальный и конечный углы поворота образца соответственно, Δω интервал измерения, выбираемый в зависимости от требуемой точности в пределах 10-600.

Фиг.1-5 наглядно демонстрируют схему определения коэффициента нерегулярности рентгеновского спектра, участки рентгенограмм, демонстрирующие основные их особенности в зависимости от процессов, происходящих в материале деталей в ходе их наработки, схему рентгеновской съемки в режиме w-сканирования.

Измерение зависимости (R₀-R)/R₀ от времени t наработки деталей производят при их испытаниях вплоть до разрушения, после чего на основе полученных данных после их статической обработки и обобщения находят базовую зависимость N = f(τ).
Как показали результаты исследований, область преимущественно получаемых базовых зависимостей (фиг.6) можно в обобщающем виде охарактеризовать функциональной зависимостью: N = Aτ_a+Bτ_b, где А, с^-1, α, B, c^-1, b - параметры, получаемые в результате статической обработки и обобщения экспериментальных данных и выбираемые в пределах:

Затем определяют величину τ_кр критической долговечности по отношению к времени τ_разр., предельной долговечности деталей до их разрушения исходя из условия τ_кр= Kt_разр., где характеризующий величину запаса надежности коэффициент К выбирают в пределах 0,7≅K≅0,8 в соответствии со статической достоверностью зависимости N от τ_и и заданной величиной доверительного интервала.

После предварительного получения базовой зависимости (фиг.6) рентгенографируют контролируемую деталь и определяют соответствующую полученным данным величину N_х. С помощью базовой зависимости (фиг.6) N = f(τ) находят величину наработки τ_к, соответствующую N_х, и определяют искомый остаточный ресурс детали τ_ост= τ_кр-τ_x.
В связи с тем, что примеры практического осуществления предложенного способа отличаются друг от друга только численными значениями количественных параметров, а описательная информация общая для всех примеров отражена в формуле изобретения и изложена в описании, многократно повторять ее в примерах нет необходимости. Поэтому описание примеров целесообразно свести в следующую сопоставляющую их таблицу.

Погрешности метода оценки остаточного ресурса ε оценивается по отношению дисперсии измеряемых параметров R, B и d_R,δ_B соответственно к относительной величине интервала измерения параметров R и B в момент разрушения и в исходном состоянии
ΔR = R_o-R R_o/R_o,
ΔB = B_разр-B_o/B_o,
Окончательно получим: ε₁= δR/ΔR для предлагаемого способа и ε₂= δB/ΔB для прототипа (см. таблицу).

Значения погрешностей, приведенные в таблице, получены на основе статической обработки, анализа и обобщения экспериментально полученных и известных данных, исходя из критерия приближения погрешности предложенного способа и прототипа (соответственно ε₁= 0,16 и ε₂= 0,20) при нормальной температуре.

При повышении температуры эксплуатации материала величины ΔB и, соответственно, ε₂ для прототипа резко повышаются, а при температурах >750^oC приобретают отрицательные значения вследствие уменьшения ширины линий при этих условиях эксплуатации, что приводит к невозможности достижения указанного выше результата.

В заключение целесообразно отметить, что применение предложенного способа не ограничивается только указанной в описании областью, а он может быть использован для различных целей в других областях науки и техники.

Использование: для неразрушающего контроля, например, дисков газотурбинных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов при определении остаточного ресурса их долговечности в интервале температур 20-1100 град. Сущность изобретения: производят периодическую рентгеновскую съемку выбранного отражения (h и l) на дифрактометре при неподвижном источнике и детекторе и повороте образца вокруг оси гониометра и определяют относительный коэффициент N нерегулярности рентгеновского спектра при испытании деталей вплоть до разрушения. Находят по полученным данным базовую зависимость N = f(τ) времени τ наработки и определяют величину t_кр критической долговечности. Затем рентгенографируют контролируемую деталь и определяют соответствующую полученным данным величину Nx. С помощью базовой зависимости находят величину τ_x, соответствующую Nx и определяют остаточный ресурс детали τ_ост= τ_кр-τ_x.. 6 ил., 1 табл.

Способ определения остаточного ресурса долговечности деталей из сплавов, работающих при повышенных температурах, включающий рентгенографическое измерение параметра, зависящего от выработки деталей, нахождение его функциональной зависимости от времени службы детали и определение остаточного ресурса по результатам сопоставления параметра, измеренного на контролируемой детали на стадии ее эксплуатации, с ранее полученной функциональной зависимостью, отличающийся тем, что в качестве параметра, зависящего от наработки деталей, используют коэффициент N(R_o R)/R_o нерегулярности рентгеновского спектра I(ω), полученного при съемке деталей, осуществляемой при повороте ω образца вокруг главной оси гониометра и при неподвижных источнике и детекторе для выбранного дифракционного отражения (hkl), где
вспомогательный параметр,
R_o значение параметра R, соответствующее исходному состоянию детали без наработки,
I_i интенсивность отражения, соответствующая углу ω_i поворота образца,
количество интервалов измерения интенсивности I рентгеновского спектра, выбираемое в зависимости от требуемой точности измерений в пределах 10 600,
w_o и ω_n начальное и конечное значения угла поворота образца соответственно,
Δω интервал измерения, равный Dw = ω_i+1-ω_i,
при этом нахождение зависимости N от времени τ наработки деталей осуществляют при их испытаниях вплоть до разрушения, на основе полученных данных после их статистической обработки и обобщения находят базовую зависимость N = f(τ), определяют величину τ_кр критической долговечности по отношению ко времени τ_разр. предельной долговечности деталей до их разрушения из условия τ_кр= kτ_разр., где характеризующий величину запаса надежности коэфициент k выбирают в пределах 0,7 ≅ k ≅ 0,8 в соответствии с статистической достоверностью зависимости N = f(τ) и заданной величиной доверительного интервала, затем по измеренному рентгеновскому спектру I_k(ω) контролируемой детали находят величину N_x, по базовой зависимости N = f(τ) находят величину τ_x наработки, соответствующую N_x, и определяют искомый остаточный ресурс контролируемой детали τ_ост= τ_кр-τ_x.е