книги из ГПНТБ / Соломонов, П. А. Надежность планера самолета

сравнению с исходной твердостью, придаваемой материалу в процессе термической обработки.

Все современные жаропрочные сплавы относятся к классу дисперсионно-твердеющих с интерметаллидным упрочнением. Термообработка их состоит из закалки или двух закалок и старения. Цель такой термообработки состоит в переводе всех легирующих компонентов в твердый раствор с последующим выделением упрочняющих фаз в процессе старения. Твердость термообработаиного сплава определяется количеством и сте­ пенью дисперсности частиц интерметаллидной метастабильной фазы переменного состава на основе Ni3Al или Ni3(Al Ti). В про­ цессе работы лопатки турбины в двигателе в результате идущих при высокой температуре процессов диффузии сплав переходит в более стабильное состояние. Идет процесс старения сплава, при котором твердость на пере лопаток незначительно возрастает до определенной для каждого типа двигателя наработки, за ко­ торой может начаться плавное снижение твердости, как резуль­ тат коагуляции упрочняющей фазы.

Если в процессе работы двигателя лопатки турбины по ка­ кой-то причине нагрелись выше температуры устойчивого струк­ турного состояния сплава, происходит процесс быстрой коагу­ ляции или даже растворения частиц упрочняющей фазы в твер­ дом растворе, в результате чего сплав разупрочняется. При этом твердость некоторых сплавов может снижаться на 20— 30% по сравнению с исходной. Поэтому метод твердости для определения перегрева нашел широкое применение именно для этого типа сплавов.

В более жаропрочных сплавах при перегревах происходят аналогичные структурные изменения, однако вследствие более высокой степени легирования твердого раствора и большого ко­ личества упрочняющей фазы (30—60%) растворенные в резуль­ тате перегрева элементы фазы при охлаждении лопатки после перегрева вновь выделяются в виде интерметаллидов высокой степени дисперсности, в результате чего твердость восстанавли­ вается до исходных значений.

Таким образом, у сплавов этого класса при существенном изменении структуры в результате перегрева твердость практи­ чески не меняется. Поэтому метод твердости для определения перегрева турбинных лопаток не может быть рекомендован как основной для более жаропрочных сплавов.

В последнее время при исследовании перегрева лопаток тур­ бины все более широко используются структурные признаки пе­ регрева сплавов. Для некоторых распространенных сплавов ис­ следование микроструктуры является основным методом опре­ деления перегрева.

Несмотря на различия химического состава и свойств этих сплавов, все они относятся к классу дисперсионно-твердеющих жаропрочных сплавов на никелевой основе с интерметаллидным

240

упрочнением. Структура таких сплавов состоит из зерен аустени­ та, выделений упрочняющей интерметаллидной фазы в виде час­ тиц, равномерно распределенных по полю зерен аустенита, и сравнительно крупных кристаллов карбидов и карбонитридов, значительная часть которых сосредоточена по границам зерен.

Наиболее динамичной по отношению к температуре рассмат­ риваемых сплавов является упрочняющая фаза, представляю­ щая собой интерметаллидное соединение переменного состава на основе Ni3(Al, Ti) или №3А1 (у'-фаза). Поэтому методы опреде­ ления перегрева лопаток в значительной степени базируются на изучении изменений в у'-фазе и прежде всего количества ее и

состояния.

Частицы фазы меняют свои размеры, форму, состав и ха­ рактер связей с матрицей даже при нормальных рабочих темпе­ ратурах. Однако эти изменения достаточно медленные, и замет­ ное укрупнение и коагуляция (округление) частиц при условии работы лопатки в нормальном температурном режиме наблюда­ ются только после значительного времени работы, превышающе­ го ресурс.

Поэтому такими изменениями структур, происходящими в материале лопаток турбины при работе в нормальных темпера­ турных условиях, можно пренебречь. При перегреве лопаток тур­ бины, т. е. нагреве их до температуры, превышающей темпера­ туру сравнительно стабильного состояния сплава, происходит, с одной стороны, процесс быстрой коагуляции частиц упрочняю­ щей фазы, а с другой — растворение частиц ее в твердом рас­ творе основного материала. На определенном для каждого спла­ ва температурном уровне гетерогенное состояние сплава становится термодинамически невыгодным и все частицы у'-фа- зы переходят в твердый раствор. Сплав становится гомогенным.

В процессе охлаждения сплава после перегрева количество растворенных элементов, входящих в состав у'-фазы, становит­ ся избыточным и из твердого раствора выпадают частицы у'- фазы. Но количество частиц и особенно их размеры отличаются от исходных, сформированных специально подобранным режи­ мом термической обработки. Эти изменения, наблюдаемые при изучении структуры в электронном микроскопе или определяе­ мые при травлении микрошлифов, являются признаками пере­ грева (рис. 101 и 102). Другим структурным признаком перегре­ ва является рекристаллизация в местах пластической деформа­ ции материала лопаток. Рабочая температура лопаток турбины ниже температуры начала рекристаллизации их материала, по­ этому в процессе нормальной работы изменений размеров зерен не происходит. При нагреве до температуры начала рекристал­ лизации в зонах пластической деформации появляются участки мелкозернистой структуры, легко определяемые при наблюдени­ ях в световом микроскопе. Пластической деформации обычно подвергается поверхностный слой лопаток турбины при механи­

241

Ультразвуковым методом контролируют лопатки роторов турбин и компрессоров авиационных двигателей, цельноштампо­ ванные кожухи камер сгорания двигателей, диски первой ступе­ ни компрессора, тормозные авиационные колеса, лопасти воз­ душных винтов, валы воздушных винтов, балки главных ног шасси, трубопроводы гидравлической, топливной, воздушной и других систем. При контролировании этим методом выявляются наружные и внутренние дефекты материала.

Цветным методом контролируются детали из жаропрочных алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. Этим методом обнаруживаются трещины усталости, трещины термического происхождения, волосовины и другие поверхностные дефекты (типа несплошностей материала) эксплуатационного и производ­ ственного характера.

Магнитному контролю подвергаются все остальные аварий­ ные детали. Этим методом обнаруживаются как трещины уста­ лости, так и дефекты типа несплошностей материала, не обна­ руженные на заводе.

Рентгено- и гамма-контроль применяется для проверки свар­ ных швов, жаровых труб, кожухов камер сгорания, корпусов компрессоров, топливных коллекторов и других деталей. Этим методом обнаруживаются непровары, прожоги, поры, шлако­ вые включения и другие дефекты. При рентгенотелевизионном контроле аварийные детали или их участки могут рассматри­ ваться с увеличением в 30 раз.

Токовихревой контроль используют для проверки аварийных деталей из немагнитных материалов: лопастей воздушных вин­ тов, обшивки, мембран и других деталей.

6.3. Применение трасологического метода при исследовании деталей отказавшей и аварийной авиационной техники

При исследовании отказавшей и аварийной авиационной тех­ ники наряду с другими известными методами все более широкое применение находят трасологические методы исследования.

Особое значение приобретает в последнее время отрасль кри­ миналистической техники — трасология [28]. Трасология — это отрасль техники, разрабатывающая средства и методы исследо­ вания следов-отображений для выявления обстоятельств их воз­ никновения, идентификации и установления групповой принад­ лежности образовавших их объектов.

Трасология, как учение о следах, дает возможность исследо­ вать любые следы на любом материале. В авиационной технике этот метод используется для исследования следов на металле, дереве, коже, ткани, резине, органическом стекле.

В широком смысле слова под следом понимают любой мате­ риальный признак, возникающий в результате тех или иных яв­ лений, связанных с происходящим событием.

244

В узком смысле слова следом называется отображение внеш­ него строения предмета на другом предмете или веществе. Такие следы дают возможность определить род, вид предмета, оставив­ шего след (по общим признакам внешнего строения), а также идентифицировать, т. е. установить тот предмет оставил след, или другой того же рода и вида (по индивидуальной совокупно­ сти частных признаков внешнего строения).

Трасология, как отрасль криминалистической техники, зани­ мается:

— механизмом образования следов, их классификацией; —■общими положениями о способах обнаружения, осмотре и

фиксации следов; —- основными положениями трасологической идентификации

иметодиками исследования следов-отображений;

—приемами обнаружения, фиксации, изъятия и трасологи­ ческого исследования следов.

Известно, что один и тот же объект в разных условиях мо­ жет образовать следы, различные как по своему виду, так и по отображению в них своего внешнего строения. Поэтому знание

механизма образования следов, их классификации позволяет в ряде случаев установить, каким образом и каким предметом на­ несен след.

В образовании следа участвуют по меньшей мере два объек­ та. Один из них, внешнее строение которого отображается в сле­ де, принято называть следообразующим, а другой, на котором образуется след — следовоспринимающим. Как правило, след образуется в результате непосредственного контакта объектов, участвующих в следообразовании. В зависимости от характера возникших на следовоспринимающем объекте изменений разли­ чают два основных вида следов: объемные и поверхностные.

Объемные следы — это такие отображения, которые возни­ кают в результате деформации следовоспринимающего объекта (вмятины, забоины, вдавленности и т. д.). Поверхностные сле­ ды — это такие отображения, которые возникают в результате изменения только состояния поверхности следовоспринимающе­ го объекта (потертости, соскобы, наслоения).

В зависимости от особенностей воздействия друг на друга объектов, образующих следы, последние могут появляться при статических и динамических соприкосновениях. При исследова­ нии деталей аварийной авиационной техники, как правило, встре­ чаются все эти разновидности следов.

Так, при установлении причины раскрутки оборотов на двигателе исследовались поверхностные следы-наслоения на стопорном кольце. Эти следы образовались в результате контак­ та стального стопорного кольца с поверхностью удерживаемой им алюминиевой заглушки. При изготовлении заглушки на ее поверхности от резца остаются концентрические выступы и ка­ навки. При эксплуатации двигателя материал заглушки по вы­

2 4 5

ся пластилин, воск и специальные пасты. Сравнение этих слеп­ ков показало, что индивидуальные особенности контактной по­ верхности головки болта отразились на поверхности качалки в районе отверстия под болт (см. рис. 104). Это обстоятельство еще раз подтвердило, что исследуемый болт относится к данно­ му соединению.

При анализе следов скольжения, наиболее часто встречаю­ щихся при исследовании деталей, решаются следующие вопро­ сы:

—чем (какой деталью, каким местом детали) образован тот или иной след;

—в каком направлении двигался объект (деталь) в момент

образования следа;

—какой из следов (если их несколько) образован первона­ чально (дифференциация следов);

—при каких условиях образованы следы (до разрушения, в момент или после разрушения).

На все эти вопросы достаточно достоверно и убедительно удается получить ответ, применяя при исследовании авиационной техники криминалистические методы и, в частности, трасологи­ ческие исследования с использованием тех или иных приемов.

Большое значение для трасологического метода имеет пра­ вильное фотографирование исследуемых следов. При фотогра­ фировании следов необходимо правильно выбрать источник ос­ вещения и расположить его относительно следа. Например, при фотографировании следов скольжения точечный источник света располагается так, чтобы луч света падал перпендикулярно нап­ равлению движения, луч должен скользить по поверхности.

В ряде случаев применяется комбинированное освещение — сильный падающий свет в сочетании с более слабым, падающим косо (или наоборот).

Для получения снимков с металлических цилиндрических поверхностей (золотников) используется фотографирование ме­

тодом перемещающегося блика — щелевой осветитель во время съемки передвигается вокруг цилиндрической поверхности и по­ является блик, неизбежный при неподвижном осветителе.

Для фотографирования люминесцирующих следов применя­ ются люминесцентные осветители.

В каждом конкретном случае должен применяться соответ­ ствующий метод освещения.

При сравнительном исследовании используют два метода совмещения:

оптический — на микроскопах МС-51 и МИС-10; фотографический — совмещение двух фотографических изоб­

ражений, выполненных в одном масштабе.

Первый метод совмещения целесообразно применять всегда, как наиболее точный, но фиксируемый на фотопластинке размер следа ограничен полем зрения микроскопа.

2 4 7

В микроскопе МС-51 при минимальном увеличении (в 14 раз) поле зрения занимает площадь 3X4 мм. Увеличивать больше 14 раз практически нельзя, так как поле зрения в этом случае еще меньше. Поэтому при более крупных следах используют вто­ рой метод увеличения » от 1 до 10. Совмещать лучше экспери­ ментальный и исследуемый следы для доказательства, какой де­ талью и каким местом этой детали образован след.

Можно совмещать и исследуемые следы (если их более одно­ го) для определения, каким объектом они образованы — одним и тем же или нет.

Наличие краски одного исследуемого объекта на другом яв­ ляется одним из признаков того, что эти два объекта контакти­ ровали между собой. Всегда возникает вопрос — когда была пе­ ренесена краска — в момент образования следа или до этого? Этот признак является необходимым, но недостаточным для от­ вета, например, на вопрос, какой деталью образовано повреж­ дение.

6.4. Некоторые понятия об использовании причинноследственных связей при определении причин отказов авиационной техники

Исследование отказавшей авиационной техники начинается после отказа. Поэтому установить истинную причину отказа можно только лишь при подробном и всестороннем исследова­ нии тех фактических и объективных данных, которые остались после отказа в виде деталей и агрегатов планера самолета, дви­ гателей, систем и их оборудования, записей регистраторов пара­ метров полета, данных радиолокационной проводки и записей переговоров экипажа. Все эти сведения дают информацию о происшедшем событии и, являясь основным фактическим мате­ риалом, могут объяснить причину отказа. Так, записи регистра­ торов параметров полета дают возможность судить о скорости, высоте полета, перегрузках самолета, режимах работы двигате­ лей, отклонениях рулевых поверхностей и других параметрах полета и работы систем; переговоры между членами экипажа и руководителем полета -— о внешнем характере проявления не­ исправности; состояние агрегатов и деталей самолета — о их функционировании и работоспособности до момента отказа.

По этим фактам, характеризующим события прошлого, необ­ ходимо восстановить картину отказа со всеми его особенностя­ ми, определить, был ли на самом деле отказ техники и, если был, установить его причину. Однако эта задача нередко ус­ ложняется целым рядом других обстоятельств. Например, мо­ жет быть отказ и произошел, но оставленные следы и признаки этого отказа настолько слабо выражены, что установить его причину невозможно или трудно. Может быть и так, что отказа техники вообще не было, но зарегистрированные факты и приз­

248

наки могут быть ошибочно истолкованы как признаки отказа. Возможны также отдельные довольно редкие случаи, когда от­ каз авиационной техники произошел от одной причины, однако в результате неверного толкования фактов, неправильной логи­ ческой увязки их причина устанавливается совсем другая.

И, наконец, возможен случай, когда установление причин отказа затрудняется тем, что первоначально разрушенная деталь по ряду обстоятельств не может быть найдена на месте предпо­ сылки к летному происшествию, или она подвергалась таким вторичным механическим или тепловым воздействиям, которые ликвидировали все основные признаки первичного ее разруше­

ния.

Для правильного определения причин отказа авиационной техники, кроме совершенного знания конструкции летательного аппарата и особенностей его эксплуатации, необходимо уметь раскрыть причинно-следственные связи между фактами, уста­ навливаемыми в процессе исследования. Любое явление имеет свои вполне определенные причины, может вызывать определен­ ные следствия и служить источником других явлений [3, 10, 28].

Причинная обусловленность явлений зависит от условий, ме­ ста и времени, в которых происходит событие. Поэтому различ­ ные следствия могут быть результатом действия различных причин, и наоборот, одна и та же причина может вызвать раз­ личные следствия. Трудности выявления причин заключаются также в том, что в реальной действительности нет изолирован­ ных явлений. Каждый процесс возникает от многих причин, воздействующих друг на друга сложным образом. *

Когда приступают к расследованию, особенно в тех случаях, если обстоятельства отказа не выяснены, то, естественно, не мо­ гут сразу обнаружить все факты, которые в той или иной мере указывали бы на ненормальную работу техники. На первой ста­ дии расследования необходимо отыскать по возможности наи­ большее количество фактов, чтобы затем с помощью их анали­ за и синтеза определить взаимосвязь между ними.

Одним из способов использования причинно-следственных связей для установления причины отказа является метод выдви­ жения и проверки версий. Предположения о существовании при­ чины или о закономерном порядке развития событий, которые вследствие прекращения их в прошлом не могут быть предметом непосредственного наблюдения, но которые объясняют опреде­ ленную совокупность фактов, называются в общем случае гипо­ тезами, а для случаев расследования — версиями. Версии выд­ вигаются на основании имеющихся фактов. Выдвижение версий начинается на первой стадии исследования сразу же после обоб­ щения и анализа, имеющихся единичных фактов, после того, как в достоверной или вероятной форме будет установлена связь этих фактов с обстоятельствами отказа авиационной техники. При этом рассматривать факты необходимо с учетом их взаимо­

249