Диагностика и контроль состояния двигателей
Рентгенодифракционный анализ
На этапах разработки, производства и эксплуатации деталей и узлов двигателей требуется решать ряд задач, связанных с исследованием состава и структурных характеристик кристаллических материалов. К таким задачам относятся:
-
качественный и количественный фазовый анализ;
-
определение величин остаточных напряжений;
-
анализ текстур;
-
определение качества монокристаллов;
-
анализ кристаллографической ориентации;
-
анализ искажений метрики кристаллической решетки.
Качественный и количественный фазовый анализ
Анализ дифракционной картины позволяет обнаружить наличие двух модификаций титанового сплава (гексагональной и кубической), находящихся в соотношении 4:1. Концентрации компонентов сплава рассчитывались методом корундовых чисел.
Обработка дифракционной картины и определение фазового состава материала лопатки компрессора из титанового сплава
Анализ текстуры
ППФ, полученные от образца прессованных полос из высокопрочного алюминиевого сплава системы Al-Cu-Li для различных рефлексов. (Анализ полученных ППФ позволяет определить, что доминирующей ориентировкой является компонент типа {110} [112])
Анализ остаточных напряжений
Анализ остаточных напряжений проводится по сдвигу дальнеуглового брэгговского отражения от исходного значения при изменении угла падения первичного пучка на образец, с последующим расчетом распределения напряжений при помощи специализированного ПО.
Определение остаточных напряжений в лопатке компрессора из титанового сплава. (Расчет показывает, что на исследованную лопатку воздействуют остаточные напряжения сжатия, неоднородно распределенные в приповерхностном слое)
Определение температуры детали по метрике кристаллической решетки
Определение температуры на поверхности деталей в процессе работы двигателя осуществляется путем размещения датчика ИМКТ (измеритель максимальной температуры кристаллический) с последующим прецизионным определением параметра решетки кристалла. Результаты исследования позволяют определить максимальную температуру в месте расположения датчика.
Определение параметров кристаллической решетки двух датчиков ИМТК по рефлексу 420. (Различие в метрике их решеток составляет 0,00153 Ǻ, что дает возможность оценить разницу в температурном воздействии на 132 °С)
Отбраковка монокристаллических затравок по их ориентации и качеству
Определение ориентации монокристаллов и оценка качества монокристаллов по сравнению с требуемыми показателями определяется необходимостью отбора качественных затравок заданной кристаллографической ориентации для выращивания турбинных лопаток.
Обработка ППФ с определением координат рефлекса
Отбраковка затравки в соответствии с требуемыми нормативами по различным критериям: слева - по качеству (мозаичность), справа - по ориентации (угол отклонения больше заданного предела)
Исследование лопатки турбины для определения ориентации по отношению к кристаллографическим осям
Нестабильность процессов зарождения структуры лопатки из затравки приводит к необходимости исследования готовой детали для определения ориентации лопатки по отношению к кристаллографическим осям с последующей отбраковкой готового изделия.
ППФ лопатки турбины, измеренная методом наклона (в начале координат наблюдается выход оси третьего порядка кубической решетки)
Вывод
Рентгенодифракционный метод является информативным для технологического контроля сырья и готовых изделий при машиностроительном производстве, позволяя полноценно анализировать не только их состав и степень кристалличности, но и выявлять те структурные особенности, которые оказывают существенное влияние на их физико-механические свойства.
Рассмотренные примеры наглядно демонстрируют функциональные и методические возможности дифрактометров производства АО «ИЦ «Буревестник», которые в сочетании с аналитическим программным обеспечением предлагают надежное решение производственных и научно-исследовательских задач.
