Долговечности надежности

Коррозионно-механическая стойкость и долговечность работы любого металлического оборудования в основном определяются изменениями, происходящими в тонкой структуре металла (плотность и конфигурация скоплений дислокаций, микродеформация кристаллической решетки) при его изготовлении и эксплуатации под воздействием механических напряжений, как правило, сопровождающихся одновременным воздействием окружающей коррозионно-активной среды. Величина и характер этих изменений существенно влияют на физико-механические и электрохимические свойства металлов, вызывая значительные отклонения параметров его исходного состояния. Это может привести к материально-техническим потерям из-за преждевременного выхода из строя металлического оборудования и необходимости его замены еще до выработки нормативного срока службы. Особенно интенсивно изменения субструктуры металла происходят при действии переменных нагрузок, причем эти изменения отличаются сложной кинетикой протекания [39], включающей в себя чередование стадий деформационного упрочнения и разупрочнения. Этот факт при общепринятой оценке усталостной долговечности не учитывается, и на макроуровне все материалы однозначно делятся на циклически упрочняющиеся, циклически стабильные и разупрочняю-щиеся. Поэтому при определении усталостной долговечности материалов различного оборудования необходим тщательный учет состояния их тонкой структуры в течение всего времени эксплуатации при заданных параметрах нагружения. Это возможно выполнить, так как существующие физические и электрохимические методы исследований (рентгенография, электронная микроскопия, микротвердость, твердость, прицельные электрохимические измерения) инструментально позволяют оценить локальные явления при усталости и коррозионной усталости. Между тем существующие нормы и методы расчета на прочность и долговечность оборудования, работающего в сложных, периодически изменяющихся, зачастую осложненных действием коррозионной среды условиях

9. Абдуллин И.Г.. Бугай Д.Е., Гутман Э.М. Определение мало-цикловой усталостной долговечности материалов металлоконструкций по кинетике изменения микродеформаций кристаллической решетки /7 Изв. вузов. Нефть и газ. 1984. № 7. С. 83-87.

Необходимость длительной и безотказной работы различных деталей и изделий в контакте с агрессивной средой предъявляет высокие требования к коррозионной стойкости и долговечности материалов, из которых они изготовлены. В качестве коррозионностой-ких сталей во многих отраслях промышленности находят применение хромистые и хромоникелевые стали, содержащие не менее 12...13 % хрома. Однако эти стали во многих случаях могут быть подвержены одному из наиболее опасных видов коррозионного поражения - меж -рфисталлитной коррозии (МКК), нередко являющейся причиной отказов оборудования и возникновения аварийных ситуаций. Межкристаллит-ная коррозия локализуется по границам зерен без видимых вооруженным глазом изменений внешнего вида, формы и размеров изделий. Сцепление между зернами ослабевает как в поверхностном слое, так и по всему сечению изделия, что может привести к практически полной потере функциональной способности изделия и механической прочности.

Этот уровень исследований позволил развить фундаментальные представления о несовершенстве в кристаллах и особенно о дислокациях, их взаимодействиях и. движении, о силах упругости с точки зрения квантовой механики, о диффузии атомов в твердых телах и т. д., которые являются физической основой для решения основных задач прочности и долговечности материалов»

В табл. 16 приведены обобщенные результаты циклических испытаний при жестком симметричном нагружении технически чистого титана и сплава ПТ-ЗВ при 20°С. Сравнение циклической долговечности обоих сплавов в области малых улругопластических деформаций показывает, что и при 20°С у сплава ВТ1-0 с более низким сопротивлением ползучести долговечность оказывается ниже, чем у сплава ПТ-ЗВ с большим сопротивлением ползучести, несмотря на значительно более высокую предельную пластичность первого. Таким образом, имеющиеся в настоящее время различные уравнения расчета циклической долговечности материалов носят ограниченный характер и применять их для титановых сплавов с низким сопротивлением ползучести нужно с большой осторожностью.

Применение этих уравнений для оценки долговечности материалов различного класса обычно приводит к изменению значений их постоянных. Так, анализ данных испытаний многих материалов, проведенный в работе [77], дает иные, чем в уравнении Мэнсона (5.13), значения коэффициентов.

Непрерывно повышающиеся требования к эксплуатационной надежности конструкций, как и расширяющееся использование сервогидравлических нагрузочных систем, являются стимулом для формулировки ряда важных практических вопросов, касающихся долговечности материалов и конструкций при случайной нагрузке. Ответы на эти вопросы тем важнее, что теоретические методы оценки усталостной долговечности пока не способны учесть влияние различных эксплуатационных факторов и изменение свойств циклически нагружаемых материалов и поэтому приходится эксплуатационную долговечность оценивать экспериментально в лабораторных условиях.

В монографии обобщены теоретические и экспериментальные исследования пластичности, ползучести и долговечности материалов при простых и сложных нестационарных нагружениях. Экспериментально показано, что основные гипотезы теории пластичности, ползучести и долговечности при сложных нестационарных процессах нагруже-ния нарушаются. Дана оценка влияния различных параметров сложности нагружения на основные характеристики пластичности, ползучести и долговечности. Приведены обобщающие уравнения и критерии предельного состояния материалов при сложных процессах нагружения.

Поскольку скорости потока являются важным фактором, определяющим процессы эрозии и, следовательно, долговечности материалов, работающих в газовом потоке (турбинные лопатки, аблирующие теплозащитные конструкции), можно полагать, что при изучении этих явлений аналогия Рейнольдса найдет применение.

1. Нормативные данные о долговечности материалов (сталей и сплавов).

Повреждения деталей паровых котлов, турбин и трубопроводов во многих случаях обусловлены явлением малоцикловой термической усталости металла. Надежная работа всех элементов при нестационарном нагружении особенно необходима при повышении маневренности энергоблоков. Важное место в решении этой проблемы занимает разработка надежных физических обоснованных критериев оценки долговечности материалов с учетом условий их работы.

Наряду с .использованием исходных резервов следует непрерывно совершенствовать машину, пользуясь появляющимися с течением времени технологическими и конструктивными приемами и добиваясь снижения массы, энергоемкости, повышения долговечности, -надежности, степени автоматизации, увеличения удобства обслуживания.

Методы математического программирования применяются на всех этапах синтеза машин и механизмов, в частности, когда рассматриваются вопросы прочности деталей, из которых состоят звенья механизмов, долговечности, надежности, технологичности и др. Чем больше частных характеристик использовано в формировании комплексного критерия и функциональных ограничений» тем более оптимальным с точки зрения функционирования будет выбор* внутренних параметров проектируемой машины и механизма.

прогресса. Широкое внедрение позволяет: 1) решать принципиально новые задачи, выдвигаемые совр. техникой (ракето- и самолетостроение, атомная энергетика, радиоэлектроника и др.); 2) улучшить технич. хар-ки и эксплуатац. качества машин (снижение веса, повышение долговечности, надежности п т. п.), что в свою очередь улучшает летные и ходовые качества самолетов, морских и речных судов, автомобилей и др. средств транспорта (высотность, скорость, маневренность, уменьшение износа шоссейных дорог и ж.-д. путей). Так, напр., использование рети-накса в тормозах авиаколес позволяет повысить их энергонагруженность, сократить пробег самолета при посадке; лопаточные венчики из капрона или полипропилена для турбобуров стоят в 10—15 раз дешевле, чем из других материалов, они повышают коэфф. полезного действия турбобуров на 10—15%; трубопроводы из П устойчивы против химич. и электролитич. коррозии; пульповоды из стеклопластиков в гидродобыче угля легче и долговечнее на 50% металлических; 3) снизить трудоемкость изготовления изделий; 4) уменьшить их себестоимость; 5) сократить продолжитель-

Экономическая эффективность применения полимерных материалов и изделий в качестве конструкц. материалов складывается из коренного улучшения параметров машин, оборудования, сооружений и др. объектов (снижение металлоемкости и веса, повышение долговечности, надежности, производительности, комфортабельности и др.) и экономии связанных с этим эксплуа-тац. расходов в отраслях-потребителях конструкций; возможности получения огромной экономии металлов и др. более дорогих материалов (древесины, шерсти, шелка, цемента и т. д.); удешевления методов изготовления конструкций (снижение трудоемкости, себестоимости, капитальных за-

Развитие современной техники предъявляет высокие требования к изделиям машиностроения с точки зрения снижения веса конструкций, повышения их долговечности, надежности, производительности. Одним из эффективных путей решения этой проблемы является широкое использование синтетических материалов (пластмассы, синтетические смолы, синтетический каучук, химические волокна, лаки и краски) в машиностроении. Среди полимеров наибольшее распространение в качестве конструкционного материала получили пластмассы. Ценные физико-механические, химические, диэлектрические, оптические и другие свойства давно превратили пластмассы из заменителей черных и цветных металлов в самостоятельные конструкционные материалы, которые успешно конкурируют с традиционными материалами. Благодаря своим свойствам, пластмассы стали важным фактором ускорения технического прогресса во всех областях новой и новейшей техники.

Однако это не является пределом. В новой пятилетке (1966—1970 гг.) значительно увеличены масштабы потребления синтетических конструкционных материалов в технике и улучшена их структура. Пластмассы, в первую очередь в наиболее эффективных областях техники, будут заменять тяжелые цветные металлы, нержавеющую сталь и ценные сорта древесины, а также-использоваться для улучшения качества (повышение долговечности, надежности, производительности, снижение веса и др.) машин и оборудования.. Доля пластмасс в сырьевом балансе машиностроения (с учетом потребления каучука) возросла в 1970 г. по сравнению с 1960 г. по весу — с 0,3 до 1,0%, по объему — с 0,6 до 2,3%, по стоимости материалов — с 1,8 до 4,3%.

Наряду с использованием исходных резервов следует непрерывно совершенствовать машину, пользуясь появляющимися с течением времени технологическими и конструктивными приемами и добиваясь снижения массы, энергоемкости, повышения долговечности, надежности, степени автоматизации, увеличения удобства обслуживания.

Всесоюзный научно-исследовательский институт по нормализации в машиностроении (ВНИИНмаш) разработал рекомендацию Р2-62 по нормализационной оценке изделий основного и вспомогательного производства. В ней установлен единый порядок для определения нормализационной оценки изделий предприятиями, которые применяют стандартизованные, нормализованные и покупные детали и узлы. Рекомендация устанавливает также порядок проведения унификации с целью максимально возможного сокращения разнотипности и количества применяемых типоразмеров оригинальных деталей, возможно большего использования их в изготовляемой продукции без ухудшения долговечности, надежности и качества изделий.

оригинальных деталей, возможно большего использования их в изготовляемой продукции без ухудшения долговечности, надежности и качества изделий.

Общие тенденции современной интенсификации в технике (повышение скоростей, мощностей рабочих нагрузок, давлений и пр.) находят свое отражение прежде всего в конструкциях изделий машиностроительного производства. Более высокие требования к машинам теперь предъявляются в отношении их точности, долговечности, надежности и экономичности.

рассеяния характеристик прочности и нагруженности они позволяют рассчитывать функцию распределения ресурса детали до возникновения усталостной трещины, являющуюся важнейшей характеристикой долговечности, надежности детали и ее поведения в процессе эксплуатации. Эмпирическую оценку функции распределения ресурса получают статистической обработкой данных о количестве случаев появления усталостных трещин в условиях эксплуатации в зависимости от ресурса деталей серийного и массового производства. Близость эмпирической и расчетной функций распределения ресурса является критерием правильности применяемых вероятностных методов расчета и исходных данных о нагрузках и прочности.