zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-6-44-50zldm-757Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMATERIALS MECHANICS: STRENGTH, DURABILITY, SAFETYИсследование характера разрушения валов винта из стали 40ХН2МАStudy of the nature and causes of damage of 40KhN2MA steel propshaftsОрловМ. Р.OrlovM. R.morozovalv@viam.ruМорозоваЛ. В.MorozovaL. V.morozovalv@viam.ruВсероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, МоскваРоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials, MoscowRussian Federation2018010820188464451Copyright © Орлов М.Р., Морозова Л.В., 20182018Орлов М.Р., Морозова Л.В.Orlov M.R., 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/757

Исследованы характер и причины разрушения высоконагруженного вала винта газотурбинного двигателя из стали 40ХН2МА с применением методов растровой электронной и оптической микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа. Определяли химический состав, микроструктуру и характер разрушения фланцевой части валов винта из стали 40ХН2МА. Установлено, что химический состав материала вала винта соответствует требованиям нормативной документации, дефекты металлургического происхождения как в металле валов, так и в усталостных изломах отсутствуют. Все выявленные трещины образовались в процессе эксплуатации и развивались по усталостному механизму. Очаги зарождения усталостных трещин в валах винта — зоны фреттинг-износа и фреттинг-коррозионного повреждения поверхности в отверстия под шпильки. Причиной образования и развития усталостных трещин на фланце вала винта является высокий уровень контактных напряжений в теле фланца, связанный с неудовлетворительным сопряжением поверхностей шлицевого стыка вследствие значительного фреттинг-коррозионного повреждения шлицев и вибрационных повреждений. На основании проведенных исследований разработан комплекс рекомендаций и мероприятий по устранению неблагоприятных факторов. Для предотвращения образования и развития усталостных трещин в шлицевом фланце вала винта в процессе эксплуатации рекомендовано: оптимизировать усилие затяжки шлицевого стыка; ввести контроль качества сопряжения контактных поверхностей шлицевого стыка при замене воздушных винтов; проработать вопрос динамической балансировки воздушных винтов в процессе производства и при их ремонте.

The nature and character of the destruction of the high-loaded airscrew shaft of the gas turbine engine made of steel 40KhN2MA are studied using the methods of scanning electron and optical microscopy and X-ray spectral microanalysis. We determined the chemical composition, microstructure and character of destruction of the flange part of the shaft. It is shown that chemical composition of the shaft material meets the requirements of the regulatory documents and defects of metallurgical origin are absent both in the metal of the shaft and in the fatigue fractures. All the identified cracks have been formed during operation, and developed according to the fatigue mechanism. Zones of fretting-wear and fretting-corrosion damage to the surface in the stud holes are the foci of the fatigue crack birth in the airscrew shaft. The cause of formation and development of the fatigue cracks in the shaft flange is a high level of contact stresses in the flange body, attribute to a poor quality of the interface of the splined joint due to significant fretting corrosion damage to the splines and vibration damages. A set of recommendations and measures aimed at elimination of the adverse factors is elaborated. To exclude the formation and development of fatigue cracks in the splined flange upon operation, we recommend to: optimize the tightening torque of the splined joint; introduce quality control of the interface between contact surfaces of the splined joint when replacing the airscrews; address the issue of dynamic balancing of the airscrews upon their production and repair.

усталостное разрушениефреттинг-коррозиястальтрещиныфрактографиявалгазотурбинный двигательфреттингfatigue failurefretting-corrosionsteelcracksfractographyshaftgas turbine enginefrettingReferencesКаблов Е. Н. России нужны материалы нового поколения / Редкие земли. 2014. № 3. С. 8 – 13.Kablov E. N. Materials of new generation are necessary to Russia / Redkie Zemli. 2014. N 3. P. 8 – 13 [in Russian].Каблов Е. Н. Материалы для авиакосмической техники / Все материалы: Энциклопедический справочник. 2007. № 5. С. 7 – 27.Kablov E. N. Materials for aerospace equipment / Vse Mater.: Éntsikl. Sprav. 2007. N 5. P. 7 – 27 [in Russian].Каблов Е. Н. Авиакосмическое материаловедение / Все материалы: Энциклопедический справочник. 2008. № 3. С. 2 – 14.Kablov E. N. Aerospace Materials Science / Vse Mater.: Éntsikl. Sprav. 2008. N 3. P. 2 – 14 [in Russian].Петухов А. Н. Фреттинг-коррозия и фреттинг-усталость в малоподвижных соединениях / Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королёва (национального исследовательского университета). 2006. № 2 – 1(10). С. 115 – 120.Petukhov A. N. Fretting corrosion and fretting fatigue in slow-moving connections / Vestn. Samar. Gos. Aérokosm. Univ. im. Akad. S. P. Koroleva (Nats. Issl. Univ.). 2006. N 2 – 1(10). P. 115 – 120 [in Russian].Микула С. Влияние фреттинг-коррозии на усталостную прочность валов горных машин / Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 1999. № 6. С. 87.Mikula S. Influence fretting corrosion on fatigue resistance of shaft of mining machines / Gorn. Inf.-Analit. Byull. (Nauch.-Tekhn. Zh.). 1999. N 6. P. 87 [in Russian].Хаинг Мин, Петухов А. Н., Павлов Ю. И. Фреттинг-коррозия в деталях ГТД / Научные труды (Вестник МАТИ). 2009. № 15(87). С. 102 – 105.Khaing Min, Petukhov A. N., Pavlov Yu. I. Fretting corrosion in details of gas turbine engines / Nauchn. Tr. (Vestn. MATI). 2009. N 15(87). P. 102 – 105 [in Russian].Мубояджян С. А., Коннова В. И., Горлов Д. С., Александров Д. А. Исследование фреттингостойкости стали ЭП866Ш / Труды ВИАМ. 2015. № 7. С. 1. http://www.viam-works.ru (дата обращения 31.06.2016). DOI: 10.18577/2307- 6046-2015-0-7-1-1.Muboyadzhyan S. A., Konnova V. I., Gorlov D. S., Aleksandrov D. A. Research of resistance to EP866Sh steel fretting / Trudy VIAM. 2015. N 7. P. 1. http://www.viam-works.ru (accessed 31.06.2016). DOI: 10.18577/2307-6046-2015-0-7-1-1 [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].Орлов М. Р., Оспенникова О. Г., Наприенко С. А., Морозова Л. В. Исследование усталостного разрушения конических шестерен редуктора центрального привода газотурбинного двигателя, изготовленных из стали 20Х3МВФ / Деформация и разрушение материалов. 2014. № 7. С. 18 – 26.Orlov M. R., Ospennikova O. G., Naprienko S. A., Morozova L. V. Research of fatigue failure of conic gear wheels of reducer of the central drive of the gas turbine engine, made of steel 20Kh3MVF / Deform. Razrush. Mater. 2014. N 7. P. 18 – 26 [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. 2016. № 1. С. 9. http://www.viam-works.ru (дата обращения 31.06.2016). DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-1- 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 electron microscopy and x-ray spectral microanalysis / Trudy VIAM. 2016. N 1. P. 9. http://www.viam-works.ru (accessed 31.06.2016). DOI: 10.18577/2307-6046- 2016-0-1-62-79.Фрактография: средство диагностики разрушенных деталей / Под ред. М. А. Балтер. — М.: Машиностроение, 1987. — 160 с.Fraktografy: means of diagnostics of the destroyed details / M. A. Balter (ed.). — Moscow: Mashinostroenie, 1987. — 160 p. [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-s4-65-69.Grigorenko V. B., Orlov M. R., Morozova L. V., Zhuravleva P. L. Research of static destruction of bolts from steel 30KhGSA in use / Aviats. Mater. Tekhnol. 2014. N S4. P. 125 – 135. DOI: 10.18577/2071-9140-2014-0-s4-65-69 [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 FSUE «VIAM» on implementation «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].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. 2013. № 5. С. 6. http://www.viam-works.ru (дата обращения 31.06.2016).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 structural and phase condition of materials / Trudy VIAM. 2013. N 5. P. 6. http://www.viam-works.ru (accessed 31.06.2016) [in Russian].Бронфин М. Б., Алексеев А. А., Чабина Е. Б. Металлофизические исследования. Возможности и перспективы / Авиационные материалы 75 лет. Избранные труды. Юбилейный научно-технический сборник. — М.: ВИАМ, 2007. С. 353 – 365.Bronfin M. B., Alekseev A. A., Chabina E. B. Metalphysical researches. Opportunities and perspectives / Aviation materials are 75 years old. Selected works. Jubilee scientific and technical collection. — Moscow: VIAM, 2007. P. 353 – 365. [in Russian].

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