zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-5-45-54zldm-735Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMATERIALS MECHANICS: STRENGTH, DURABILITY, SAFETYОСОБЕННОСТИ РАЗРУШЕНИЯ МЕТИЗОВ ИЗ СТАЛИ 30ХГСАFEATURES OF FRACTURE OF METAL ITEMS (HARDWARE) MADE OF STEEL 30KhGSAГригоренкоВ. Б.GrigorenkoV. B.

Валентина Борисовна Григоренко.

Москва

Valentina B. Grigorenko.

Moscow

grigorenkovb@viam.ruМорозоваЛ. В.MorozovaL. V.

Лариса Владимировна Морозова.

Москва

Larisa V. Morozova.

Moscow

grigorenkovb@viam.ruВсероссийский научно-исследовательский институт авиационных материаловРоссияAll-Russian scientific research institute of aviation materialsRussian Federation2018070620188454554Copyright © Григоренко В.Б., Морозова Л.В., 20182018Григоренко В.Б., Морозова Л.В.Grigorenko V.B., Morozova L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/735

Исследованы причины разрушения крепежных изделий из стали 30ХГСА. Установлено, что в случае разрушения болтов в пакете, соединяющем элементы шпангоута, повреждение болтов является следствием фреттинг-коррозии вследствие взаимного трения болтов и элементов обшивки, пояса и ленты. Фреттинг-коррозия развивается в местах повреждения кадмиевого покрытия болтов в процессе трения. Возникновению разрушения в поясе, обшивке и ленте способствует приработка поверхности отверстий, наличие на ней коррозионных повреждений (фреттинг-коррозия), от которых развивается межзеренное разрушение, наибольшее в обшивке и ленте. Причина разрушения — конструктивно-технологические факторы: наличие повышенных напряжений в исследуемом пакете, микроперемещения сопрягаемых деталей, нарушение кадмиевого покрытия, недостаточная противокоррозионная защита и воздействие внешней среды. Разрушение самоконтрящихся гаек из стали 30ХГСА с антикоррозионным кадмиевым покрытием, использованных при сборке вспомогательного газотурбинного двигателя, вызвано их значительным перегревом — воздействием расплавленного покрытия на поверхность нагруженных гаек и проникновением жидкого металла в основной материал по границам зерен. Применение кадмиевого покрытия для работы стальных деталей при температуре, превышающей (даже кратковременно) температуру плавления Cd (Tпл = = 320,9 °C), в условиях контакта с напряженным металлом вследствие эффекта Ребиндера приводит к резкой потере прочности и преждевременному разрушению детали. Исследовали разрушение оцинкованных болтов из стали 30ХГСА в процессе проведения повторно-статических испытаний. Установлено, что зарождению усталостного многоочагового разрушения способствовало несколько факторов: наличие грубых рисок; пескоструйная обработка, проводимая перед цинкованием с применением крупных фракций песка, вмятины от которых способствовали преждевременному зарождению трещин; участки с наплывами, полученными при нанесении покрытия, с неплотным соединением слоя. Наличие в одном из болтов наряду с усталостными бороздками большого количества ямок свидетельствует о работе материала при высокой нагрузке. Исследования проводили методом оптической и растровой электронной микроскопии с применением рентгеноспектрального микроанализа.

The reasons for destruction of fasteners made of steel 30KhGSA are analyzed. It is shown that in case of destruction of bolts in the package connecting frame elements, damage of bolts results from fretting corrosion, attributed to mutual friction between bolts and elements of skin, belt and tape. Fretting corrosion develops in the sites where cadmium coating of bolts is damaged upon friction. The occurrence of fracture in the belt, skin and tape is promoted by break-in scuffing of the openings and corrosion damages (fretting corrosion) triggering the intergranular fracture, most severe in the skin and tape. The reason for damage arises from structural and technological factors: increased stresses present in the package, micro-displacements of the mating parts, violation of the cadmium coating, insufficient corrosion protection and environmental impact. Destruction of self-locking nuts made of 30KhGSA steel with anti-corrosion cadmium coating used in the assembly of the auxiliary gas turbine engine is attributed to their significant overheating, i.e., the impact of molten coating on the surface of loaded nuts and the penetration of the liquid metal into the base material along the grain boundaries. The use of cadmium coatings in operation of steel parts at a temperature exceeding (even briefly) the melting temperature of Cd (Tmelt = 320.9°C), under conditions of contact with stressed metal due to the Rebinder effect, leads to a sharp loss of strength and premature failure of the part. Study of the destruction of galvanized bolts made of 30KhGGSA steel during the repeated-static testing revealed that several factors contribute to the onset of fatigue multiple site damage: presence of the rough risks; sandblasting, performed before galvanizing using large sand fractions, which contribute to the premature origin of cracks; areas with deposits formed upon coating with a loose adhesion of the layer. The presence of a large number of pits along with the fatigue grooves indicates to high load of the bolt material upon operation. The study was carried out using optical and scanning electron microscopy and X-ray microanalysis.

конструкционная стальфрактографиясканирующая электронная микроскопиярентгеноспектральный микроанализстатическое и усталостное разрушениеstructural steelfractographyscanning electronic microscopyX-ray spectroscopic microanalysisstatic and fatigue fractureВ рамках развития критической технологии № 21 «Технологии предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» из перечня Критических технологий РФ, утвержденного указом Президента РФ от 07.06.2011 г. № 899ReferencesМубояджян С. А., Коннова В. И., Горлов Д. С., Александров Д. А. Исследование фреттингостойкости стали ЭП866Ш / Труды ВИАМ: Электрон. науч.-технич. журн. 2015. № 7. Ст.01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 24.11.2016). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-7-1-1.Muboyadzhyan S. A., Konnova V. I., Gorlov D. S., Aleksandrov D. A. Research of a frettingostoykost of EP866Sh steel / Trudy VIAM. 2015. N 7. Art. 01 URL: http://www.viam- works.ru (accessed 24.11.2016). DOI: 10.18577/2307-6046- 2015-0-7-1-1 [in Russian].Григоренко В. Б., Орлов М. Р., Морозова Л. В., Журавлева П. Л. Исследование статического разрушения болтов из стали 30ХГСА в условиях эксплуатации / Авиационные материалы и технологии. 2014. № S4. С. 125 – 135. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-s4-125-135.Grigorenko V. B., Orlov M. R., Morozova L. V., Zhuravlyova P. L. Research of static destruction of bolts from steel 30KhGSA under operating conditions / Aviats. Mater. Tekhnol. 2014. N S4. P. 125 – 135. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-s4-125-135 [in Russian].История авиационного материаловедения. ВИАМ — 80 лет: годы и люди / Под общ. ред. Е. Н. Каблова. — М.: ВИАМ, 2012. – 520 с.History of aviation materials science. VIAM — 80 years: years and people / Ed. E. N. Kablov. — Moscow: VIAM, 2012. — 520 p. [in Russian].Каблов Е. Н. Материалы и технологии ВИАМ для «Авиадвигателя» / ИБ «Пермские авиационные двигатели». 2014. № S. С. 43 – 47.Kablov E. N. Materials and VIAM technologies for «Aircraft engine» / IB «Permskie aviatsionnie dvigately». 2014. N S. P. 43 – 47 [in Russian].Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33.Kablov E. N. Innovative development of VIAM Federal State Unitary Enterprise of GNTs Russian Federation on realization «The strategic directions of development of materials and technologies of their processing for the period till 2030» / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 1. P. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33 [in Russian].Стали и сплавы. Марочник: Справ. изд. / В. Г. Сорокин и др. / Научн. ред. В. Г. Сорокин, М. А. Гервасьев. — М.: «Интермет Инжиниринг», 2001. — 608 с.Steel and alloys / V. G. Sorokin, etc.; Ed. V. G. Sorokin, M. A. Gervasyev. — Moscow: Intermet Engineering, 2001. — 608 p. [in Russian].Kobayashi J., Ina D., Yoshikawa N., Sugimoto K. Effects of the addition of Cr, Mo and Ni on the microstructure and retained austenite characteristics of 0.2% C-Si-Mn-Nb ultrahighstrength TRIP-aided bainitic ferrite steels / ISIJ International. 2012. Vol. 52. N 10. P. 1894 – 1901.Kobayashi J., Ina D., Yoshikawa N., Sugimoto K. Effects of the addition of Cr, Mo and Ni on the microstructure and retained austenite characteristics of 0.2% C-Si-Mn-Nb ultrahighstrength TRIP-aided bainitic ferrite steels / ISIJ International. 2012. Vol. 52. N 10. P. 1894 – 1901.Самойлович Ю. А. Повышение прочности железнодорожных рельсов путем изотермической закалки на нижний бейнит / Металлург. 2012. № 10. С. 70 – 76.Samoylovich Yu. A. Increase of durability of railway rails by isothermal training on bottom bainite/Metallurg, 2012. N 10. P. 70 – 76 [in Russian].Нестерова Е. В., Золоторевский Н. Ю., Титовец Ю. Ф., Хлусова Е. И. Наследование разориентаций и модель формирования структуры бейнита в низкоуглеродистых сталях под влиянием деформации аустенита / Вопросы материаловедения. 2011. № 4(68). С. 17 – 26.Nesterova E. V., Zolotorevsky N. Yu., Titovets Yu. F., Khlusova E. I. Inheritance of razoriyentatsiya and model of formation of structure bainit in low-carbonaceous steels under the influence of austenite deformation / Vopr. Materialoved. 2011. N 4(68). P. 17 – 26 [in Russian].Орлов М. Р., Оспенникова О. Г., Громов В. И. Развитие механизмов водородной и бейнитной хрупкости конструкционной стали в процессе эксплуатации крупногабаритных конструкций / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 88 – 93.Orlov M. R., Ospennikova O. G., Gromov V. I. Thunders of mechanisms of hydrogen and beynitny fragility of constructional steel in use large-size designs / Aviats. Mater. Tekhnol. 2012. N S. P. 88 – 93 [in Russian].Чабина Е. Б., Алексеев А. А., Филонова Е. В., Лукина Е. А. Применение методов аналитической микроскопии и рентгеноструктурного анализа для исследования структурно-фазового состояния материалов / Труды ВИАМ. Электрон. науч.-технич. журн. 2013. № 5. Ст.06. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 24.11.2016 г.).Chabina E. B., Alekseev A. A., Filonova E. V., Lukina E. A. Application of methods of analytical microscopy and the rentgenostrukturny analysis for research of a structural and phase condition of materials / Trudy VIAM 2013. N 5. Art. 06. URL: http://www.viam-works.ru (accessed 24.11.2016) [in Russian].Орлов М. Р., Григоренко В. Б., Морозова Л. В., Наприенко С. А. Исследование эксплуатационных разрушений подшипников методами оптической, растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа / Труды ВИАМ. Электрон. науч.-техн. журн. 2016. № 1. Ст.09 URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 24.11.2016). DOI: 10.18577/2307-6046-0-1-62-79.Orlov M. R., Grigorenko V. B., Morozova L. V., Naprienko S. A. Research of operational destructions of bearings by methods of optical, raster electronic microscopy and X-ray microanalysis / Trudy VIAM. 2016. N 1. Art. 09 URL: http:// www.viam-works.ru (accessed 24.11.2016). DOI: 10.18577/2307-6046-0-1-62-79 [in Russian].Жегина И. П., Котельникова Л. В., Григоренко В. Б., Зимина З. Н. Особенности разрушения деформируемых никелевых сплавов и сталей / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 455 – 465.Zhegina I. P., Kotelnikova L. V., Grigorenko V. B., Zimina Z. N. Features of destruction of deformable nickel alloys and staly / Aviats. Mater. Tekhnol. 2012. N S. P. 455 – 465 [in Russian].Орлов М. Р., Оспенникова О. Г., Громов В. И. Замедленное разрушение стали 38ХН3МА в процессе длительной эксплуатации / Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. Специальный выпуск «Перспективные конструкционные материалы и технологии». С. 5 – 10.Orlov M. R., Ospennikova O. G., Gromov V. I. The slowed-down destruction of steel 38KhN3MA in the course of long operation / Vestnik MGTU im. N. Й. Baumana. Ser. Mashinostr. 2011. Special Issue. P. 5 – 10 [in Russian].Орлов М. Р. Фундаментально-ориентированные исследования, квалификация материалов. Неразрушающий контроль / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 387 – 393.Orlov M. R. The Fundamental’s focused researches, qualification of materials. Nondestructive control / Aviats. Mater. Tekhnol. 2012. No. S. P. 387 – 393 [in Russian].Турченков В. А., Баранов Д. Е., Гагарин М. В., Шишкин М. Д. Методический подход к проведению экспертизы материалов / Авиационные материалы и технологии. 2012. № 1. С. 47 – 53.Turchenkov V. A., Baranov D. E., Gagarin M. V., Shishkin M. D. Methodical approach to carrying out examination of materials / Aviats. Mater. Tekhnol. 2012. N 1. P. 47 – 53 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.