УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ Российский патент 2003 года по МПК G01N3/02 

Изобретение относится к энергетическим и транспортным установкам, использующим детали, работающие в условиях силовых, тепловых и коррозионных нагрузок, например турбинные лопатки газотурбинных двигателей (ГТД).

При проектировании двигателей и установок необходимо знание характеристик длительной прочности при воздействии комплекса нагрузок.

Известно устройство для испытаний материалов на длительную прочность при высоких температурах - "Машина для испытания металлов и их сплавов на ползучесть и длительную прочность АИМА-5-1", производства Ивановского завода испытательных приборов. Это устройство позволяет варьировать как величину действующего при испытаниях напряжения, так и температуру образца.

Недостатком этого устройства является отсутствие приспособлений, воспроизводящих натурные условия эксплуатации материалов в двигателях и установках. Например, турбинные лопатки ГТД работают в среде продуктов сгорания различных видов топлива с примесью солей и других коррозионноопасных включений.

Использование солевых обмазок, наносимых на образцы при таких испытаниях, в некоторой степени приближает к реальным условиям эксплуатации, но не дает полной возможности получать результаты в условиях, соответствующих эксплуатационным.

Предлагается устройство, включающее приспособление для фиксации образцов в потоке газа, образуемого за счет сжигания топлива (жидкого или газообразного), при этом в поток газа подаются коррозионноопасные примеси (например, соли морской воды). Силовое воздействие на испытуемый материал обеспечивается кольцевой конструкцией образца с запрессованным в нею кольцом из материала с большим коэффициентом линейного расширения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение характеристик длительной прочности жаропрочных материалов в условиях, максимально приближенных по окружающей их среде к эксплуатационным.

Технический результат осуществляется устройством для прочностных испытаний. В предлагаемом устройстве, включающем приспособление для фиксации образцов, приспособление для нагрева образцов, приспособление для создания коррозионных условий, согласно изобретению устройство для прочностных испытаний снабжено испытуемыми образцами, выполненными в виде кольца, внутрь которого запрессовано кольцо из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения.

Первичный технический результат состоит в получении характеристик длительной прочности материалов при высоких температурах в среде продуктов сгорания топлива, содержащей коррозионноопасные примеси.

Ожидаемый технический результат проявляется при реализации всех указанных существенных признаков и, в конечном счете, сообщает изобретению такие полезные качества, как возможность получения характеристик длительной прочности жаропрочных сплавов в реальных условиях эксплуатации, снижение расходов на изготовление образцов и проведение испытаний.

Для примера работы устройства был изготовлен образец в виде кольца из стали марки Ст20 с внутренним диаметром 27 мм, толщиной 1 мм и шириной 5 мм. Внутреннее кольцо изготовлено из латуни марки Л62 шириной 5 мм и толщиной 3 мм. Внутреннее кольцо было запрессовано в рабочий образец.

Рабочий образец с внутренним кольцом был помещен в газовый поток с температурой около 700^oС на 30 минут. После охлаждения оказалось, что диаметр образца увеличился и внутреннее кольцо свободно вынимается из образца.

Затем было изготовлено новое внутреннее кольцо шириной 5 мм, толщиной 3 мм из того же материала Л62 с наружным диаметром, обеспечивающим запрессовку в рабочий образец. После повторного нагрева рабочего образца с новым внутренним кольцом через 30 минут произошел разрыв образца.

Устройство для прочностных испытаний позволяет получать характеристики длительной прочности жаропрочных материалов при высоких температурах в потоке продуктов сгорания топлива, содержащем коррозионноопасные примеси, в результате использования образцов из испытуемого материала, выполненных в виде кольца с запрессованным в него кольцом из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения. Позволяет получать характеристики длительной прочности в условиях максимально приближенных к эксплуатационным.

Устройство для прочностных испытаний жаропрочных сплавов в условиях высокотемпературной коррозии, включающее приспособление для фиксации образцов, приспособление для нагрева образцов, приспособление для создания коррозионных условий, отличающееся тем, что испытуемый образец выполнен в виде кольца, внутрь которого запрессовано кольцо из материала с более высоким коэффициентом линейного расширения.