1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы В материалах деталей машин, в том числе и в материалах деталей ГТД, в силу их конструктивных особенностей, а также в силу особенностей их работы, возможно создание концентрации напряжений, т. е. неравномерное их распределение в материале детали, которое характеризуется коэффициентом концентрации напряжений.Концентрация напряжений при простом напряженном состоянии оценивается теоретическим концентратором напряжений ασ, равным отношению напряжения при наличии концентратора к напряжению в той же точке при отсутствии концентратора. При усталостном знакопеременном нагружении деталей концентрация напряжений оценивается эффективным концентратором напряжений Кs, который характеризует отношение предела выносливости образца с концентрацией напряжений к пределу выносливости гладкого образца такого же размера без концентрации напряжений [1-6].Концентратором напряжений в материале деталей при усталостном нагружении может быть и шероховатость поверхности [1]. Учитывая тот факт, что шероховатость поверхности в процессе эксплуатации вследствие коррозионного воздействия изменяется [7], можно сделать вывод о влиянии коррозионного процесса на усталостную прочность детали, оцениваемую пределом выносливости материала детали s-1 [2, 3].К сожалению, надлежащим образом этот вопрос изучен недостаточно. Практически отсутствуют сведения о степени и характере влияния изменения шероховатости поверхности детали в процессе эксплуатации вследствие коррозионных процессов. Известные авторам данной работы научные и практические публикации по проблеме коррозии деталей машин, в том числе авиационных газотурбинных двигателей, относятся к вопросам химических процессов коррозии, а также к вопросам получения материалов с целью снижения влияния коррозии на эксплуатационные свойства деталей машин [8-14]. В связи с изложенным вопрос изучения влияния коррозионных процессов на изменение прочностных характеристик материала поверхностного слоя детали, в частности, на изменение эффективного коэффициента концентрации напряжений, в том числе в авиадвигателестроении, является актуальной задачей. Для целей исследования, по мнению авторов, потребовалось на основе исследований [1] разработать расчетную зависимость для проведения исследования. 2 Материалы и методы  Обоснование расчетной зависимости для определения коэффициента концентрации напряжений в поверхностном слое материала детали            Для условий оптимального резания, характеризуемого минимумом износа режущего инструмента [15], используя факт стабильности процесса резания и, как следствие, высоты неровностей на обработанной поверхности, можно определять влияние условий обработки, в частности режимов резания, на предел выносливости материала детали эффективным коэффициентом концентрации напряжений [2]: , где as  – теоретический коэффициент концентрации нормальных напряжений: при кручении и сдвиге ; при растяжении и изгибе , где t – максимальная глубина впадины концентрата напряжений; r – радиус кривизны на дне впадины; g – коэффициент, зависящий от отношения шага неровностей к их высоте; qs – коэффициент чувствительности металла к концентрации напряжений.Значение коэффициента g может быть определено по рекомендациям [3], однако более удобным является использование зависимости, полученной на основе данных, приведенных в этой работе, с использованием которых построены графики, представленные на рис. 1 и 2,  на основе которых получена зависимость вида:, где Sm – средний шаг неровностей по средней линии; Rz – высота неровностей на поверхности. Значение коэффициента x и показателя степени y в формуле при различных значениях соотношения Sm/Rz представлены в табл. 1.  Рисунок 1 – Зависимость коэффициента g от величины отношения шага неровностейк их высоте (Sm/Rz до 4)  Рисунок 2 – Зависимость коэффициента g от величины отношения шага неровностейк их высоте (Sm/Rz от 4 и более) Таблица 1 – Значения x и y в формуле для определения gЗначения Sm/RzxyПри R2до 40,250,9440,9859от 4 и выше0,760,1340,8155 Значение qσ определяется по формуле , где a – константа материала [4]. Значения её следует принимать в зависимости от предела прочности материала детали на растяжение из таблицы, приведенной в [3]. Однако более удобно использовать зависимость, полученную с использованием графика, представленного на рис. 3 и построенного на основе данных, приведенных в [3]. 300                      600            900     1200   1500  sВ, МПаa, мм 0,40,30,20,1 0,050,030,020,01                           Рисунок 3 – Значение коэффициента a в зависимости от пределапрочности материала на разрыв sВ На основе графика (рис. 3) при R2 = 0,9729 значение α определяется по формуле, мкм: α = 4610sВ-1,573 , где sВ – предел прочности материала детали на разрыв, МПа.Принимаем t = Rz, так как высота микронеровностей на поверхности при обработке с оптимальной температурой резания Rz = Rmax, где Rz – высота неровностей на обработанной поверхности, Rmax – максимальная высота неровностей.С учётом вышеизложенного и того, что Ra = 0,2Rz [17], после преобразования формула для определения as при кручении и сдвиге принимает вид , где Ra – среднее арифметическое отклонение профиля. Принимая r = rвп = 0,03(Sm/Ra) [17], где rвп  – радиус кривизны впадин профиля неровностей, после преобразований эффективный коэффициент концентрации напряжений может быть определен по формулам:– при кручении и сдвиге ;                                           (1) – при растяжении и изгибе              .                                          (2)   3 Результаты исследований Были выполнены расчеты значений Кs для образцов из стали 30ХГСА, фрагмент которых представлен в табл. 2. Таблица 2 – Фрагмент расчета изменений коэффициентов концентрации напряжений в поверхностном слое материала детали (сталь 30ХГСА) вследствие коррозии в процессе эксплуатацииУсловияобработкиS, мм/обSm,мкмRzисх, значение после обработки (изготовления), мкмτ, год эксплу-атацииRz, значение после эксплуата-ции, мкмКσ1, кручениеи сдвигКσ2, растяжение и изгиб(Кσ2кор – Кσ2исх) / Кσ2исх,  %V = 150 м/мин; r = 1мм; φ = 45°;φ1 = 15°;α = 10°;γ = 15°; t = 0,5 мм; ρ1 = 20 мкм0,11412,5Кσ1 = 1,049, Кσ2 = 1,09714,2981,0771,1535,1024,761,0831,1676,3835,0811,0881,1767,2045,3351,0911,1837,8455,5491,0941,1888,300,151834,2Кσ1 = 1,062, Кσ2 = 1,12416,4351,0891,1774,7227,011,0951,195,8737,4121,11,1996,6747,7311,1031,2067,3057,7991,1041,2087,470,22477,7Кσ1 = 1,082, Кσ2 = 1,164110,5791,1081,2164,47211,3231,1141,2285,50311,8431,1181,2376,27412,2561,1221,2446,87512,6041,1251,2497,300,2530211,5Кσ1 = 1,099, Кσ2 = 1,198114,9041,1241,2474,09215,7851,131,265,18316,4011,1341,2685,84416,8911,1371,2756,43517,3031,141,286,84 Учитывая, что шероховатость обработанной поверхности в наибольшей степени зависит от подачи S, радиуса при вершине резца в плане r и радиуса округления режущей кромки резца ρ1, был выполнен анализ влияния этих параметров процесса резания на значение эффективного коэффициента напряжений Кs.Характер влияния на значение эффективного коэффициента концентрации напряжений в материале поверхностного слоя детали изменения скорости резания V и подачи S для материала 30ХГСА представлен на рис. 4.Зависимость изменения Кσ2корот радиуса скругления лезвия резца r при вершине приведена на рис. 5.Изменение Кs2 кор от радиуса округления лезвия режущей кромки r1 представленона рис. 6.    Рисунок 4 – Зависимость изменения Кσ2кор от скорости резания и подачипри длительности эксплуатации один год Обозначения на рис. 4:             V = 150 м/мин,  ,                                            V = 190 м/мин,   ,                                            V = 250 м/мин,   .  Рисунок 5 – Зависимость изменения Кs2кор от радиуса скругления лезвияпри вершине резца в плане Обозначения на рис. 5:                                            при эксплуатации 1 год:   ,                                            при эксплуатации 2 года:  ,                                            при эксплуатации 3 года:  ,                                            при эксплуатации 4 года:  ,                                            при эксплуатации 5 лет:  .  Рисунок 6 – Изменение Кs2кор от радиуса округления режущей кромки резца r1 Обозначения на рис. 6:                           при эксплуатации  1 год:  ,                                         при эксплуатации 2 года:  ,                                         при эксплуатации 3 года:  ,                                         при эксплуатации 4 года:  ,                                        при эксплуатации  5 лет:  . Полученные математические зависимости для определения изменения эффективного коэффициента концентрации напряжений в поверхностном слое материала детали, обусловленного коррозионным процессом при эксплуатации, позволяют прогнозировать изменения предела выносливости материала поверхностного слоя детали. Это возможно в соответствии с алгоритмом, представленном на рис. 7. Описание алгоритма представляет методику расчетного определения изменения предела выносливости материала поверхностного слоя детали в процессе эксплуатации, которая заключается в следующем:1) Исходя из марки материала детали и вида термической обработки заготовки по соответствующим справочникам определяются свойства обрабатываемого материала: предел прочности на разрыв sВ, предел текучести sТ, сопротивление обрабатываемого материала пластичному сдвигу τр, удельная объемная теплопроводность сρ, коэффициент теплопроводности l, температуропроводность а и др.2) В соответствии с разработанной технологией изготовления детали определяется режим резания (скорость резания V, подача S и глубина резания t), геометрические элементы режущей части инструмента (задний α и передний g углы резца, главный j и вспомогательный j1 углы резца в плане, радиусы при вершине резца в плане r и округления режущей кромки резца) и др.3) Определяется величина параметра шероховатости обработанной поверхности Rzисх, мкм:  где а1 и t – толщина среза и глубина резания при обработке, м; Vо – оптимальная скорость резания, м/с; a и g – задний и передний углы режущей части инструмента, градус; а – температуропроводность материала обрабатываемой детали, м2/с; l и lр – коэффициенты теплопроводности обрабатываемого и инструментального материалов, Вт/м×К; b и e – угол заострения и угол при вершине резца в плане, радиан; r и r1 – радиус при вершине резца в плане и радиус округления режущей кромки инструмента, м; сρ – удельная объемная теплоемкость обрабатываемого материала, Дж/м3×К; qо – оптимальная температура в зоне резания, °С; tр – сопротивление обрабатываемого материала пластическому сдвигу, МПа; b – длина контакта режущих кромок инструмента с обрабатываемой деталью, м; m – безразмерная величина, зависящая от соотношения подачи и глубины резания, а также геометрических параметров режущей части инструмента [17]; со и nо – постоянные для конкретного сочетания обрабатываемого и инструментального материалов [17].4) Определяется комплексный параметр скорости коррозионного изнашивания КС обработанной поверхности в процессе эксплуатации по формуле: Кс ,  где Uн – степень наклепа материала поверхностного слоя детали после обработки, %; Sm – шаг неровностей по средней линии, мкм; bо и b1 – коэффициенты, зависящие от марки и состояния материала (после термической обработки) [19].5) Определяется скорость коррозионного изнашивания  VК=VК0∙КС ,где Vко – скорость коррозии образца сравнения, определяемая по формуле в соответствии с методикой Федонина О. Н. [18-21].6) Определяется параметр шероховатости поверхности Rz после коррозионного воздействия на поверхностный слой материала детали по формулам, мкм: , мкм  или   , где t – время корродирования, год; КВ = 1,28…2,0 – коэффициент, учитывающий соотношение скорости коррозии материала выступов и впадин неровностей; b – угол наклона профиля шероховатости, рад; j – главный угол резца в плане.  Рисунок 7 – Алгоритм расчетного определения эффективного коэффициента концентрации напряжений во взаимосвязи с технологическими условиями обработки 7) Определяется эффективный коэффициент концентрации напряжений в материале поверхностного слоя детали по формулам (1) и (2). 8) Определяется предел выносливости материала поверхностного слоя детали после коррозии σ-1кор по формуле σ-1кор = σ-1/Кσ, где σ-1 – предел выносливости исходного материала детали. Если σ-1 кор соответствует допустимому значению, то расчет закончен. Если нет, то необходимо скорректировать технологические условия обработки с целью обеспечения требуемого значения s-1 кор при заданном периоде эксплуатации детали. 4 Обсуждение и заключение Установлено, что коэффициент концентрации напряжений в поверхностном слое материала детали при коррозионном воздействии на него возрастает по сравнению с коэффициентом без коррозионного воздействия на величину от 5 до 9 процентов, что существенно при оценке прочностных характеристик детали.            Из режимных параметров процесса обработки на изменение эффективного коэффициента концентрации напряжений наибольшее влияние оказывает подача. Скорость резания в интервале рациональных режимов резания практически не влияет на изменение коэффициента концентрации напряжений в поверхностном слое материала детали.            Существенное влияние на изменение коэффициента напряжений оказывает влияние радиус при вершине резца в плане и радиус округления режущей кромки резца.Разработанный алгоритм расчетного определения эффективного коэффициента концентрации напряжений во взаимосвязи с технологическими условиями обработки поверхности детали позволяет прогнозировать назначение последних с учетом допустимого значения коэффициента концентрации напряжений.