Повышение контактной выносливости деталей подшипников из стали ЭИ-347Ш

Abstract

RU: Подшипники авиационных двигателей нового поколения становятся все более сложными изделиями, к которым предъявляются высокие требования по обеспечению контактной выносливости, в том числе при повышенной температуре. Для повышения контактной выносливости применяют поверхностное пластическое деформирование (ППД). Одним из перспективных направлений ППД является упрочнение микрошариками. Большинство работ не учитывает влияние температуры на контактную выносливость деталей после ППД. Цель. Целью работы является повышение контактной выносливости стали ЭИ-347Ш за счет рационализации режимов упрочнения микрошариками. Методика. Испытания на контактную усталость проводились на установках МКВ-Т при температурах 20 °С и 300 °С. Все образцы перед упрочнением подвергались полировке. Для этого было специально разработано приспособление, которое обеспечивало постоянное давление на образец при полировании. Определение остаточных напряжений производили методом сверления глухого отверстия на образцах свидетелях. Для определения влияния давления рабочей жидкости на контактную выносливость были проведены испытания четырех партий образцов: в исходном состоянии и упрочненных в течении 3-х минут при давлении рабочей жидкости 0,16; 0,2; 0,25 МПа соответственно. Результаты. Выбранные режимы упрочнения приводят к увеличению шероховатости по сравнению с полированием примерно на один квалитет. Наименьшее изменение шероховатости наблюдается при давлении рабочей жидкости 0,2 МПа. Глубина упрочненного слоя на всех режимах находится в пределах 0,08.0,1 мм. При давлении рабочей жидкости 0,16 МПа наблюдалось снижение микротвердости, которое, связано с неустойчивостью процесса и неравномерностью упрочнения. Определены среднелогарифмическая долговечность и гарантированная долговечность, построены прямые, аппроксимирующие функции распределения логарифмов чисел циклов. Установлено, что наибольшая долговечность образцов получается при упрочнении при давлении рабочей жидкости 0,2 МПа, что обусловлено благоприятным сочетанием величины остаточных напряжений, наклепа, микротвердости, которые получены при минимальном увеличении шероховатости. Научная новизна. Установлены закономерности влияния режимов упрочнения микрошариками на контактную выносливость стали ЭИ-347Ш. Применены более современные методики испытаний. Практическая значимость. Определены параметры упрочнения образцов из стали ЭИ-347Ш микрошариками, которые обеспечивают повышение долговечности при контактном нагружении. Это позволит рационально назначать режимы ППД при проектировании подшипников для перспективных газотурбинных двигателей. Усовершенствована методика испытаний, что позволило повысить достоверность полученных результатов.

UK: Підшипники авіаційних двигунів нового покоління стають все більш складними виробами, до яких пред'являються високі вимоги щодо забезпечення контактної витривалості, у тому числі при підвищеній температурі. Для підвищення контактної витривалості застосовують поверхневе пластичне деформування (ППД). Одним з перспективних напрямків ППД є зміцнення мікрокульками. Більшість робіт не враховує вплив температури на контактну витривалість деталей після ППД. Мета. Метою роботи є підвищення контактної витривалості стали ЭИ-347Ш за рахунок раціоналізації режимів зміцнення мікрокульками. Методика. Випробування на контактну втому проводилися на установках МКВ-Т при температурах 20 °С і 300 °С. Всі зразки перед зміцненням піддавалися поліруванню. Для цього було спеціально розроблено пристосування,яке забезпечувало постійний тиск на зразок при поліруванні. Визначення залишкових напружень проводили методом свердління глухого отвору на зразках свідках. Для визначення впливу тиску робочої рідини на контактну витривалість були проведені випробування чотирьох партій зразків: в початковому стані і зміцнених на протязі 3-х хвилин при тиску робочої рідини 0,16; 0,2; 0,25 МПа відповідно. Результати. Розглянуті режими зміцнення призводять до збільшення шорсткості в порівнянні з поліруванням приблизно на один квалітет. Найменша зміна шорсткості спостерігається при тиску робочої рідини 0,2 МПа. Глибина зміцненого шару на всіх режимах знаходиться в межах 0,08 ... 0,1 мм. При тиску робочої рідини 0,16 МПа спостерігалося зниження мікротвердості, яке пов'язане з нестійкістю процесу і нерівномірністю зміцнення. Визначені среднелогаріфмічна довговічність та гарантована довговічність; побудовані прямі, що апроксимують функції розподілу логарифмів кількості циклів. Встановлено, що найбільша довговічність зразків має місце при зміцненні при тиску робочої рідини 0,2 МПа, що обумовлено сприятливим поєднанням величини залишкових напружень, наклепу, мікротвердості, які отримані при мінімальному збільшенні шорсткості. Наукова новизна. Встановлено закономірності впливу режимів зміцнення мікрокульками на контактну витривалість стали ЭИ-347Ш. Застосовані більш сучасні методики випробувань. Практична значимість. Визначено параметри зміцнення зразків зі сталі ЭИ-347Ш мікрокульками, які забезпечують підвищення довговічності при контактному навантаженні. Це дозволить раціонально призначати режими ППД при проектуванні підшипників для перспективних газотурбінних двигунів. Удосконалено методику випробувань, що дозволило підвищити достовірність отриманих результатів.

EN: The new generation bearings of aircraft engines are becoming increasingly complex products, which meet high requirements for the contact fatigue, including one at elevated temperature. The surface plastic deformation (SPD) is used to increase the contact fatigue. One promising direction of SPD is micro-ball strengthening. The majority of works does not take into account the influence of temperature onto the contact fatigue of parts after SPD. Purpose. The aim of the study is to increase the contact endurance of steel EI-347SH through the rationalization of modes of micro-ball strengthening. Methodology. Contact fatigue tests were carried out with the setup MKV-T at temperatures of 20°C and 300°C. All the samples were polished before strengthening. For this purpose a special device, which ensures a constant pressure on the sample during polishing was designed. The determination of residual stresses was performed on surveillance samples by the blind hole drilling method. To determine the influence of fluid pressure on the contact endurance a group of tests was carried out on four batches of samples: the samples in the original state, the samples strengthened within 3 minutes at the working fluid pressure of 0.16 MPa and the same but with pressure of 0.2; 0.25 MPa respectively. Findings. Selected strengthening modes lead to an increasing of surface roughness for about one quality class if to compare to after-polishing state. The lowest change in surface roughness was observed with the working fluid pressure of 0.2 MPa. For all modes, the depth of the strengthened layer is in the range of 0.08 ... 0.1 mm. The decrease in microhardness, which is related to instability and unevenness of the strengthening process, was observed at the working fluid pressure of 0.16 MPa. The mean log durability and the guaranteed durability was determined; straight lines approximating the distribution functions of logarithms of numbers of cycles were built. It was found that the highest durability of the samples was obtained by strengthening mode with the working fluid pressure of 0.2 MPa that is caused by a favorable combination of levels of residual stresses, strain hardening, microhardness, in conjunction with a minimal increase in the surface roughness. Originality. Regularities of influence of the microballs strengthening modes on the steel EI-347SH contact endurance were defined. More advanced testing methods were applied. Practical value. The parameters of micro-ball strengthening that provide increased durability under contact loading for steel EI- 347SH samples were determined. This enables one to assign the modes of SPD when designing the bearings for promising type of gas turbine engines more efficiently. The test procedure has been improved, resulting in improved reliability of the experimental results.