Долговечность материала

В разделе 5.2 дан анализ кинетики МХПМ и долговечности конструктивных элементов при упругих деформациях. За долговечность конструктивных элементов принималось время, в течение которого первоначальное эквивалентное напряжение достигает своего предельного значения, равного пределу текучести. Однако возникновение пластических деформаций не вызывает разрушения. После наступления текучести констрктивный элемент может сопротивляться действию внешних сил до тех пор, пока деформации (напряжения) не достигнут некоторого критического значения, вызывающего разрушение. В этом случае анализ долговечности значительно усложняется, поскольку кинетика МХПМ определяется двумя фактора-йи: напряжениями и деформацией. Кроме того, пластиче-ckaa деформация, наряду с усилением коррозионного растворения металла, приводит к заметному деформационному утонению стенок оборудования.

Данная дисциплина состоит из разделов: краткая характеристика и требования к изготовлению конструкций оболочкового типа; безотказность и долговечность конструктивных элементов нефтегазохимического оборудования; механизмы р;13рушения материалов; роль технической диагностики в обеспечении надежности и методы дефектоскопии; современные методы разрушающего и неразрушающего контроля; основные положения по оценке остаточного ресурса аппаратов.

2.2.5. Влияние крутящего момента на долговечность конструктивных элементов

В разделе 2.2. дан анализ кинетики МХПМ и долговечности конструктивных элементов при упругих деформациях. За долговечность конструктивных элементов принималось время, в течение которого первоначальное эквивалентное напряжение достигает своего предельного значения, равного пределу текучести. Однако возникновение пластических де-формапий не вызывает разрушения. После наступления текучести конструктивный элемент может сопротивляться действию внешних сил до тех пор, пока деформации (напряжения) не достигнут некоторого критического значения, вызывающего разрушение. В этом случае анализ долговечности значительно усложняется, поскольку кинетика МХПМ определяется двумя факторами: напряжениями и деформацией. Кроме этого, пластическая деформация, наряду с усилением коррозионного растворения металла, приводит к заметному деформационному утонению стенок оборудования.

показывают, что наибольшей коррозионной стойкостью обладают хромоникелевые сплавы, содержащие 40—50 % хрома. Наиболее пригодны сплавы Х40Н60 и Х40Н50, как имеющие необходимые технологические свойства. Опыт эксплуатации показал возможность применения в среде продуктов сгорания мазутов литых толстых (15—20 мм) стоек из кремнистого чугуна марки ЖЧС-5,5. Несмотря на относительно высокую скорость коррозии срок службы таких стоек составляет несколько лет. Перспективна для изготовления рассматриваемых деталей низкоуглеродистая ферритная сталь марки 015Х18ЮЗБ (ЭП904). Ее использование вместо стали Х23Н18 позволяет в несколько раз повысить долговечность конструктивных элементов, находящихся в дымовых газах при высоких температурах.

Погрешности изготовления и сборки могут существенно влиять на долговечность конструктивных элементов, вызывая в ряде случаев малоцикловые разрушения.

В практике проектирования и эксплуатации машин накоплен значительный опыт создания конструкций, обладающих высоким уровнем технологичности при техническом обслуживании и ремонте. Характерными признаками таких конструкций являются блочный характер исполнения, доступность для обслуживания и контроля технического состояния, долговечность конструктивных элементов, приспособленность конструкции в целом и отдельных ее элементов к восстановлению работоспособности. Задача состоит в том, чтобы примеры таких удачных конструктивных решений стали достоянием широкого круга специалистов в области проектирования и эксплуатации. Создание руководящих материалов—один из основных путей решения этого вопроса. Ниже, в гл. 8—12, рассматриваются различные примеры конструктивных решений обеспечения ремонтопригодности конструкций машин.

На надежность и долговечность конструктивных элементов, обеспечивающих переналадку, влияют следующие факторы: конструктивное исполнение гибких элементов; технология их изготовления и сборки; надежность и качество гибких элементов; вопросы эксплуатации, с точки зрения обеспечения оптимальных режимов работы.

Погрешности изготовления и сборки могут существенно влиять на долговечность конструктивных элементов, вызывая в ряде случаев малоцикловые разрушения.

47. Трощенко В. Т. Расчет на прочность и долговечность конструктивных элементов с трещинами при циклическом нагружении/Щроблемы прочности. 1982. №11. С. 21—23.

При отношении б^ > 1,75 рекомендуется клиновое сопряжение, которое в зависимости от конструктивных требований выполняется с утолщением на тонкой (рис. 2.14, г) или на толстой стенке (рис. 2.14, д). При клиновом сопряжении перпендикулярных стенок k = 3 Y§i — Sa или k « (бг + Sa)/2, a I ^ 4k. Радиус внутренних закруглений должен быть не менее 0,8 мм, но не превышать толщину сопрягаемых стенок. Исследование зависимости механических свойств элементов отливок от их конструктивного оформления свидетельствует о том, что увеличение радиуса закругления во внутреннем углу сопряжения от 25 до 75% толщины ребра резко повышает долговечность конструктивных элементов толщиной 2 мм. Дальнейшее увеличение радиуса закругления лишь незначительно повышает долговечность. Это связано с тем, что при малых радиусах закругления повышается склонность узла сопряжения к образованию трещин, а с увеличением этого радиуса снижается плотность узла сопряжения вследствие ухудшения его питания через стенки малой толщины [22].

Видно, что МКУ долговечность при одинаковых уровнях деформации сплава 12Х25Н60В15 значительно выше, чем стали 12Х18Н10Т. Микроструктурный анализ разрушенных образцов показал отличие сплавов и по характеру развития коррозионно-усталостных трещин. Так, в области низких уровней деформаций разрушение сплава 12Х25Н60В15 происходит, как правило, путем развития магистральной трещины, а у стали 12Х18Н10Т, наряду с основной магистральной трещиной, развивается ряд дополнительных микротрещин. Оценка степени влияний коррозионной средь; на усталостную долговечность материала позволила выявить следующие основные закономерности: коэффициент влияния средь;

Укажем, что если разрушение происходит не за один, а за многие акты нагружения, причем за каждый акт происходит микроразрушение1, то это характеризует долговечность материала.

Долговечность материала определяют испытанием на усталость, ползучесть, износ, коррозию и другими методами.

При этом nHl/Nm + nHljNн.2 — 1/2 + 1/2 = 1 — использована вся циклическая долговечность материала.

Механизм разрушения и долговечность материала определяются постепенным накоплением локальных дефектов -деформаций и трещин в материале. Локальные дефекты материала, создавая локальные перенапряжения, становятся центрами разрушения.

Из формулы (3.1) видно, что при уменьшении температуры до нуля время разрушения увеличивается до бесконечности. Это означает, что разрушение при нагрузках ниже критической не может происходить в отсутствие теплового движения атомов. Механизм разрушения и долговечность материала определяются постепенным накоплением локальных дефектов - деформаций и трещин в материале. Локальные дефекты материала, создавая локальные перенапряжения, становятся центрами разрушения. Внешние факторы, воздействующие на материал, могут существенно повлиять на значение х и тем самым на время tp.

Таким образом, решая уравнение (10) методом матричного исчисления, находим значения отношений коэффициентов уравнения (8) и искомую долговечность материала в натурной среде 1Х для заданного уровня напряжений.

Основные соотношения для построения пороговых характеристик параметрической диаграммы состояния приведены ниже. Их использование позволяет определять долговечность материала при ползучести методом экспрессной оценки на основе кратковременных данных статического растяжения.

Поведение металлических материалов в условиях, когда низкочастотная составляющая нагружения, как правило, является расчетной и носит статический или повторно-статический характер, а дополнительные высокочастотные нагрузки и вибрация имеют несущественную по сравнению с расчетной нагрузкой амплитуду, изучено достаточно широко, особенно влияние поличастотного (в частности, двухчастотного) нафужения на усталостные характеристики. Показано, что и на стадии зарождения, и на стадии развития усталостных трещин наложение высокочастотной составляющей значительно сокращает циклическую долговечность материала. Причем результат воздействия такого нагружения превышает результат простого сложения амплитуд низкочастотной и высокочастотной нагрузок.

зерен существенно снижает долговечность материала лопаток.

Рассматриваемое разрушение лопаток является смешанным. Даже на начальном этапе развития трещины по границам зерен на нее оказывает влияние вибрационная нагрузка от набегающего газового потока. Особое значение имеет тот факт, что лопатка в этом потоке подвергается скручиванию, создающему сдвиговые напряжения. Они способствуют облегченному разрушению по границам зерен и более быстрому зарождению трещин при всех механизмах разрушения по сравнению с растяжением (изгибом) при одноосном напряженном состоянии материала. Поэтому данные по испытаниям материала на длительную прочность при растяжении не в полной мере отражают реальную долговечность материала при возникновении в нем начальных межзеренных трещин.