Интервале начальных

Трещины. Трещины возникают при закалке в тех случаях, когда внутренние растягивающие напряжения I рода превышают сопротивление стали отрыву. Трещины образуются при температурах ниже точки Мя, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увеличением в стали содержания углерода до 0,8 % с повышением температуры закалки и увеличением скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения.

При этом, чтобы не вызывать напряжений, закалочная среда в интервале температур малой устойчивости аустенита (600—550° С) должна охлаждать быстро, а в интервале мартенситного превращения (300—200° С) — медленно.

Прерывистая закалка (в двух средах) (рис. 9.5, кривая 2) осуществляется последовательным охлаждением деталей вначале в воде до 300—350° С, а затем в масле или на воздухе более замедленным охлаждением в интервале мартенситного превращения. В этом случае уменьшаются внутренние напряжения, возникающие при переходе аустенита в мартенсит. Недостатком прерывистой закалки является сложность регулирования времени выдержки в первом охладителе.

Эффективными охлаждающими средами являются различные масла. Охлаждение в масле уменьшает скорость охлаждения в 5 раз (при 650—550° С), а в интервале мартенситного превращения — в 25—30 раз, вследствие чего уменьшаются закалочные деформации и не образуются трещины.

При применении упрочняющей термической обработки (закалки) напряжения снижаются по мере уменьшения скорости охлаждения, в особенности в интервале критических температур (например, для сталей в интервале мартенситного превращения) . Переход к более мягкой охлаждающей среде существенно снижает внутренние напряжения (например, в некоторых изделиях при переходе от воды к маслу в 4—6 раз, от воды к воздуху — до 10 раз, от масла к горячим средам в 3—4 раза и т. д.).

Трещины. Трещинв! образуются при закалке в тех случаях, когда внутренние растягивающие напряжения, возникающие в результате мартенситного превращения, превышают сопротивление стали разрушению. Трещины образуются при температурах ниже точки Мн, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увеличением в стали содержания углерода, повышением температуры закалки и увеличением скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения.

Существенную роль играет термический фактор. Так, способность к у^^ «-превращению уменьшают следующие процессы: изотермическая выдержка в области температур мартенситного* превращения, выдержка выше Мн, нагрев до некоторой температуры. Если выдерживать образец в интервале мартенситного превращения, оно может начаться лишь при значительном последующем понижении температуры и часто носит взрывной характер.

Трещины. Трещины возникают при закалке в тех случаях, когда внутренние растягивающие напряжения I рода превышают сопротивление стали отрыву. Трещины образуются при температурах ниже точки Мн, чаще после охлаждения. Склонность к образованию трещин возрастает с увеличением в стали содержания углерода до 0,8 % с повышением температуры закалки и увеличением скорости охлаждения в температурном интервале мартенситного превращения.

Охлаждающая способность закалочного масла характеризуется пониженной скоростью охлаждения в интервале мартенситного превращения и

Коробление и растрескивание вызываются значительными остаточными напряжениями, возникающими при закалке. Основной источник напряжений — увеличение объема при превращении аустенита в мартенсит. Модуль упругости в температурном интервале мартенситного превращения достаточно велик, поэтому возникающие из-за объемных изменений напряжения релаксируют с малой скоростью. Значительные макроскопические напряжения возникают из-за неодновременности превращения по сечению, а также в закаливаемых деталях сложной формы. Остаточные напряжения уменьшаются при условии одновременного превращения

Понижение скорости охлаждения деталей в интервале мартенситного превращения существенно понижает внутренние напряжения, например, гфи переходе от воды к маслу отмечено уменьшение напряжений в 4—6 раз, от воды к воздуху — до 10 раз, от масла к горячим средам — в 3—4 раза и т. д. Закалочные иапряже-

Экспериментальными работами А. И. Гужова и В. Ф. Медведева [8] установлено, что при начальном давлении 7 кгс/см2 и числах Фруда более 600 при истечении газожидкостной смеси поток в выходном сечении приобретает тонкодисперсную однородную структуру с отсутствием скольжения фаз. В интересующем нас интервале начальных параметров (pi^lO кгс/см2, pi^lO%) число Фруда заведомо больше 600. Последнее позволяет сделать предположение о критическом режиме истечения, скорость потока в котором равна локальной скорости звука, определяемой зависимостью [26]:

Особенностью рассмотренных основных трудов авторитетных исследователей ГТУ (фиг. 36) [9];> [22], [23], [33], [361 является то, что выводы о перспективах ГТУ основаны на возможности исследования циклов с идеальным рабочим телом в сколько угодно большом интервале начальных температур. Отсутствие знаний свойств водяного пара в том же диапазоне изменения начальной температуры цикла лишало возможности аналогичных исследований. Принимались упрощенные, не имеющие основания, представления о перспективах развития паровых циклов (фиг. 67) [22], [33]. Приведенное выше положение С. Карно

кривая предельных плотностей потока ртутного пара в интервале начальных давлений р0 = 0,25 ч- 1,0 бар при х0 = = 1,0; кружками отмечены экспериментальные точки, полученные Киртоном. Нужно отметить, что в своих опытах Киртон подводил к насадкам перегретый пар. Точки, нанесенные на рис. 3-14, от-

Сошлемся, например, на опыты, проведенные К- С. Поляковым [Л. 38]. Исследовалось, в частности, течение насыщенной воды через круглые насадки сравнительно малой длины (lid = 1,6). Опыты показали, что в интервале начальных давлений от 4,5 до 48 бар заметное парообразование в потоке регулярно возникало при снижении давления в жидкости всего на 1,5—2 бар. Такому перепаду давлений и начальным параметрам жидкости, использовавшейся в опытах, отвечает размер равновесных пузырьков пара порядка 10~3 мм. В то же время приведенные выше расчеты показывают, что возможность возникновения столь крупных пузырьков под действием флуктуационных явлений представляется маловероятной.

Результаты опытов различных исследователей позволяют считать, что при протекании через короткие каналы кризисные явления отсутствуют даже в тех случаях, когда отношение противодавления к давлению на входе в канал снижается до 0,1 и ниже. Бенджамин и Миллер [Л. 55] исследовали течение насыщенной (на входе) воды через отверстия в диафрагмах. Давления перед диафрагмой под-держивались в пределах 13,5—3 бар. При каждом фиксированном значении начального давления варьировалось противодавление, которое на нижнем пределе доводилось до 1 бар (абс.). Во всем исследованном интервале начальных состояний жидкости и противодавлений каких-либо признаков возникновения кризиса течения не обнаруживалось: по мере снижения противодавления расход монотонно возрастал. Измеренные значения расходов согласуются с результатами расчетов по гидравлической формуле. Авторы отмечают, что визуально наблюдаемое парообразование в струе происходило лишь на некотором расстоянии от выходного сечения диафрагмы. Таким образом, можно полагать, что в опытах [Л. 55] имел место чисто гидравлический режим течения и однородность струи в

Расчетные значения расходов капельной жидкости г (при чисто гидравлическом режиме течения) представлены кривой 5. Как видно из графиков, измеренная плотность потока с поправкой на сопротивление канала (щ/р)оп несколько ниже плотностей, отвечающих течению капельной жидкости (щ)г. Такое положение имело место при всех размерах выходного сечения сопел d и во всем интервале начальных давлений р1. Тот факт, что «идеализированная» плотность потока оставалась меньше (щ х),., дает основание считать, что в пределах насадка происходило испарение некоторой части жидкости. Тем не менее, несмотря на наличие в потоке газообразной фазы, кризисные явления отсутствовали. Это обстоятельство, по-видимому, объясняется тем, что за время протекания через короткий насадок 'успевало образоваться малое количество пара (жидкость оставалась перегретой) и параметры состояния среды в выходном сечении не достигали — при выбранном интервале Р! и рпр —тех значений, при которых возникает обращение профиля струи.

Зависимость стабилизировавшегося критического отношения давлений ркр = pKp/Pi от давления на входе в сопла с lid = 1,6 изображена кривой на рис. 5-5. На графике, наряду с результатами, полученными в работе [Л. 39], нанесены экспериментальные данные Поля [Л. 37], исследовавшего течение насыщенной жидкости через цилиндрические насадки малого диаметра, но примерно той же относительной длины. Из кривой рис. 5-5 следует что у насыщенной воды в интервале начальных давлений Рх s» 18 ч- 47 бар (абс.) стабилизированное критическое

Ранее, в § 5-1, упоминались результаты опытов, описанных в [Л. 38]. К соплам с lid = 1,6 подводился конденсат пара из отборов турбин либо питательная вода котлов высокого давления, прошедшая весь цикл подготовки, включая деаэрацию. В интервале начальных давлений жидкости Р! ^ 4,5 ч- 48 бар парообразование систематически отмечалось при разности давлений на входе и выходе из сопла всего в 1,5 — 2 бар. О наличии агрегатных превращений в пределах сопла свидетельствовал тот факт, что плотности потока (с поправкой на сопротивление канала) устанавливались отчетливо ниже плотностей, отвечающих течению однородной капельной жидкости.

Известным подтверждением сравнительно слабого влияния капиллярных сил на ход испарения и плотность потока служит следующее. В интервале начальных давлений охваченных опытами ЛПИ (р1 ^ 4,5 ч- 48 бар), определявшийся или коэффициент поверхностного натяжения

Опыты показали, что в отмеченном здесь интервале начальных давлений предельные значения идеализированной плотности потока хорошо укладываются на общую кривую (рис. 5-10), описываемую уравнением:

кривая зависимости ^н=/(^он) сухого насыщенного пара, так как одновременно эта кривая определяет зависимость r\f*=f(p0). Нужно иметь в виду, что вдоль этой кривой изменяются значения как ?он, так и связанные с ними значения ро- Так как перегрев пара повышает КПД цикла, то все изотермы r\t=f{po) с температурами выше критической (^кр=^ я^374 °С) располагаются выше кривой КПД сухого насыщенного пара (рис. 4.4). Подобно кривой КПД сухого насыщенного пара изотермы КПД перегретого пара также имеют максимум, сдвигающийся последовательно в сторону более высоких давлений с повышением начальной температуры. С повышением начальной температуры кривая КПД в области максимума становится все более пологой, и при очень высокой начальной температуре пара максимум КПД в рассматриваемом интервале начальных давлений уже не наблюдается, сдвигаясь в область еще более высоких начальных давлений пара.