ФГУП «ВИАМ», Москва, Россия:

М. А. Горбовец, начальник сектора, эл. почта: lab33@viam.ru
М. С. Беляев, ведущий научный сотрудник
И. А. Ходинев, ведущий инженер
М. И. Лукьянова, инженер 2-й категории

Жаропрочные никелевые сплавы широко применяют для изготовления деталей авиационных газотурбинных двигателей. В процессе эксплуатации авиационного двигателя его детали подвергаются воздействию циклических нагрузок и высоких температур. Для таких условий работы одной из основных характеристик прочности является сопротивление малоцикловой усталости (МЦУ). Показатели МЦУ используют при расчетах на прочность и ресурс деталей авиационных газотурбинных двигателей, а также при сравнении близких по назначению материалов. Во время испытаний на МЦУ возникающие напряжения и деформации превышают предел текучести материала. В настоящей работе в качестве независимого параметра взята деформация. Такие условия испытаний в научной литературе и нормативно-технической документации называют «жестким» циклом нагружения. В статье приведены результаты исследования двух никелевых жаропрочных сплавов разных классов — деформируемого ВЖ175 и литейного равноосного ВКНА-1ВР. Выполненное исследование включает определение воздействия температуры и асимметрии цикла нагружения. Такое направление исследований, в частности, имеет прикладное значение, так как в реальных условиях эксплуатации многие детали конструкции подвергаются одновременному действию статических и усталостных нагрузок. Для обработки результатов испытаний применен метод наименьших квадратов. Установлено, что результаты могут быть описаны линейной зависимостью в полулогарифмической, а также в двойной логарифмической системах координат независимо от условий испытаний. Получены значения пределов МЦУ и оценено воздействие температуры, а также асимметрии цикла нагружения. Сплавы ВЖ175 и ВКНА-1ВР в пределах базы испытания 104 циклов обладают максимальной МЦУ при комнатной температуре. Увеличение температуры испытания влечет за собой понижение предела МЦУ при любом значении коэффициента асимметрии цикла деформации R.

Данная работа выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 2.2 «Квалификация и исследования материалов» («Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года»).

1. Терентьев В. Ф., Петухов А. Н. Усталость высокопрочных металлических материалов. — М. : ИМЕТ РАН – ЦИАМ, 2013. — 515 с.
2. Ерасов В. С., Яковлев Н. О., Нужный Г. А. Квалификационные испытания и исследования прочности авиационных материалов // Юбилейный научно-технический сборник. 80 лет. Авиационные материалы и технологии. 2012. С. 440–448.
3. Беляев М. С., Терентьев В. Ф., Горбовец М. А., Бакрадзе М. М., Гольдберг М. А. Малоцикловая усталость при заданной деформации и параметры упругопластического деформирования жаропрочного сплава ВЖ175 // Авиационные материалы и технологии. 2014. № S4. С. 87–92.
4. Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7–17.
5. Иноземцев А. А., Ратчиев А. М., Нихамкин М. Ш. и др. Малоцикловая усталость и циклическая трещиностойкость никелевого сплава при нагружении, характерном для дисков турбин // Тяжелое машиностроение. 2011. № 4. С. 30–33.
6. Каблов Е. Н. Контроль качества материалов — гарантия безопасности эксплуатации авиационной техники // Авиационные материалы и технологии. 2001. № 1. С. 3–8.
7. Голубовский Е. Р., Светлов И. Л., Петрушин Н. В., Черкасова С. А., Волков М. Е. Малоцикловая усталость моно кристаллов жаропрочных никелевых сплавов при повышен ных температурах // Деформация и разрушение материалов. 2009. № 8. С. 41–48.

8. Ерасов В. С., Нужный Г. А. Жесткий цикл нагружения при усталостных испытаниях // Авиационные материалы и технологии. 2011. № 4. С. 35–40.
9. Орлов М. Р. Стратегические направления развития испытательного центра ФГУП «ВИАМ» // Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 387–393.
10. Каблов Е. Н., Гриневич А. В., Ерасов В. С. Характеристики прочности металлических авиационных материалов и их расчетные значения // в сб. 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932–2007 : юбилейный науч.-техн. сб. — М. : ВИАМ, 2007. С. 370–379.
11. ГОСТ 25.502–79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. — М. : Издательство стандартов, 1986. — 50 с.
12. ASTM E606. Standard practice for strain-controlled fatigue testing.
13. Степнов М. Н., Шаврин А. В. Статистические методы обработки результатов механических испытаний : справочник. — М. : Машиностроение, 2005. — 400 с.
14. Tobias J., Chlupova A., Petrenec M. et al. Low-cycle fatigue and analysis of the cyclic stress-strain response in superalloy Inconel 738LC / 18^th International Conference «Engineering Mechanics 2012». Svratka, Czech Republic, May 14–17, 2012. P. 1407–1411.
15. Carroll L., Cabet C., Wright R. N. The role of environment on high temperature creep-fatigue behavior of alloy 617 // Proc. of the ASME 2010 Pressure Vessel and Piping Division Conference. Bellevue, July 18–22. 2010 pp. 907–916.
16. Wright J. K., Carroll L. J., Simpson J. A. et al. Low cycle fatigue of alloy 617 at 850 ^oC and 950 ^oC // J. of Eng. Mat. and Tech. Vol. 135. 2013. P. 031005-1–031005-8.
17. Nagesha A., Goyal Sunil, Nandagopal M. et al. Dynamic strain ageing in Inconel alloy 783 under tension and low cycle fatigue // Mater. Sci. and Eng. A. 2012. Vol. 546. P. 34–39.
18. Беляев М. С., Горбовец М. А., Комарова Т. И. Способ испытаний и расчетное определение предела выносливости для горизонтального участка кривой усталости // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 3. С. 50–55.