Напряжений способствуют

Существующие методы расчета на прочность не учитывают фактора механической неоднородности. Между тем, в большинстве случаев разрушения сварных соединений аппаратов происходят в области твердых, охрупченных участков зоны термического влияния. Следует также помнить, что локальный сварочный нагрев приводит к возникновению остаточных напряжений, способствующих повышению уровня напряженности металла.

возникновению остаточных напряжений^способствующих повышению уровня напряженности металла.

Трещины (поверхностные и внутренние) и разрывы появляются в поковке (штамповке, прокате) из-за значительных напряжений в металле при деформации. Растягивающие внутренние напряжения могут привести к появлению разрывов и трещин металла в зонах, ослабленных дефектами слитка, а иногда к разрушению зон. не пораженных дефектами. Следует отметить, что при обработке давлением металл неоднократно подвергают нагреву и охлаждению, что приводит к возникновению термических напряжений, способствующих образованию внутренних разрывов и трещин. При холодной объемной штамповке из-за малой пластичности исходных материалов на поверхности обрабатываемых деталей возникают скалывающие трещины, распространяющиеся под углом 45° к направлению действующего усилия.

В коррозионно-активных средах особенно опасно возникновение концентрации напряжений, способствующих коррозионному растрескиванию оборудования. Для большей равномерности распределения напряжений вокруг концентраторов напряжений следует понижать концентрацию напряжений выбором соответствующей геометрической формы проточки, оптимального способа соединения деталей и т. д. В некоторых высокопрочных и нержавеющих сталях наблюдается часто сильное изменение структуры металла в зоне термического влияния на расстоянии 10—15 мм от сварного шва. Эта зона имеет, как правило, пониженную коррозионную стойкость, и в ней часто наблюдается коррозионное растрескивание. Это связано с возникновением остаточных напряжений. Наибольшая концентрация напряжений наблюдается при сварке листов внахлестку в зоне, лежащей между швами. Для снятия внутренних напряжений рекомендуется после сварки проводить термическую обработку. При больших габаритах изделий следует проводить местную термическую обработку зоны сварного соединения.

Трещины (поверхностные и внутренние) и разрывы появляются в поковке (штамповке, прокате) из-за значительных напряжений в металле при деформации. Растягивающие внутренние напряжения могут привести к появлению разрывов и трещин металла в зонах, ослабленных дефектами слитка, а иногда к разрушению зон, не пораженных дефектами. Следует отметить, что при обработке давлением металл неоднократно подвергают нагреву и охлаждению, что приводит к возникновению термических напряжений, способствующих образованию внутренних разрывов и трещин. При холодной объемной штамповке из-за малой пластичности исходных материалов на поверхности обрабатываемых деталей возникают скалывающие трещины, распространяющиеся под углом 45° к направлению действующего усилия.

Франке [177] предположил, что усы растут в местах действия дислокационных источников. Другие (178] считают движущей силой роста рекристаллизационные процессы. Наряду с этим отмечается ведущая роль окислительных процессов, приводящих к созданию внутренних напряжений, способствующих росту усов. Однако ни одна из этих точек зрения еще не нашла должного экспериментального подтверждения.

В поликристаллическом оксиде заметные механические напряжения могут появляться на границах отдельных кристаллов и кристаллографических плоскостей из-за разных скоростей окисления соседних зерен либо избирательного окисления. Наличие в металле включений, которые окисляются со скоростью, отличной от скорости окисления основного компонента, также может быть причиной возникновения дополнительных напряжений, способствующих растрескиванию и разрушению оксида.

Источником ошибок при расчете является неопределенность границ напряжений, при которых принятая гипотеза справедлива. Формально эти ошибки вносятся в расчет при выборе параметров I и k (формулы (1.28) — (1.31)). Границы повреждающих напряжений определяются согласно принятой гипотезе. Естественными границами для вычисления повреждения могут быть границы спектра эксплуатационных нагрузок, если они попадают в область повреждающих напряжений. Однако спектры эксплуатационных нагрузок в основном состоят из малых значений амплитуд и лишь небольшую их часть составляют повреждающие нагрузки. По условиям статистической обработки эти участки спектра не разделяются. Они описываются общей аналитической зависимостью Ф'(а), как правило, выходящей за пределы повреждающих напряжений. В области перехода от неповреждающих напряжений к повреждающим Ф'(а) является очень быстро убывающей функцией. При больших значениях <т это убывание имеет асимптотический характер. Если кривая усталости N(a) представляет собой функцию, убывающую более медленно, чем Ф'(с) в области перехода (что чаще всего бывает в реальных деталях), результаты расчета ресурса оказываются существенно зависимыми от величины параметра k. С физической точки зрения это означает, что накопление повреждения происходит в основном вследствие большого числа циклов эксплуатационной нагрузки, незначительно превышающей нижнюю границу повреждающих напряжений (или напряжений, способствующих развитию усталостной трещины). Поскольку эта граница очень влияет на результат расчета, необходимо точно ее определить.

Медно-никелевые электроды (монель МНЧ-2) состоят из 27—30 % меди и 66—68 % никеля [14]. Монель имеет температуру плавления 1260—1340°С, что соответствует температуре плавления чугуна, и благодаря никелю хорошо сплавляется с чугуном. Однако этот сплав дает значительную усадку, что приводит к появлению высоких внутренних напряжений, способствующих образованию трещин. Поэтому монель наплавляют короткими валиками длиной 40—50 мм и сразу же после этого проковывают шов молотком. Прочность сварного соединения в этом случае не превышает 100 МПа.

В работе [766] рассматривается ряд случаев коррозионного растрескивания аустенитных сталей под напряжением и для различных случаев применения и технологической обработки даются рекомендации по термической обработке для снятия напряжений, способствующих устранению коррозионного растрескивания. Подчеркивается, что наиболее полное снятие напряжений для аустенитных сталей наблюдается при температурах выше 820—900° С. Более низкий отпуск, иногда применяемый в практике при 200— 650° С, может снять только пики напряжений и снизить склонность к коррозионному растрескиванию. Такой отпуск помогает уменьшить склонность к растрескиванию под напряжением только в случае применения сплавов в менее агрессивных в коррозионном отношении средах. В сильно агрессивных средах следует применять более высокие нагревы.

Стожное влияние пластической деформации аустенита на мартенситное превращение объясняется, с одной стороны, увеличением числа дефектов кристаллического строения и появлением локальных напряжений, способствующих мартенситному превращению, а с другой стороны, изменением структуры аустенита, затр>дняющей когерентное образование и рост мартенситной фазы ,

Понижение температуры практически не изменяет сопротивления отрыву SOT (разрушающего напряжения), но повышает сопротивление пластической деформации сгт (предел текучести). Поэтому металлы, вязкие при сравнительно высоких температурах, могут при низких температурах разрушаться хрупко. В указанных условиях сопротивление отрыву достигается при напряжениях меньших, чем предел текучести. Точка t пересечения кривых 5ОТ и сгт, соответствующая температуре перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому, получила название критической температуры хрупкости или порога хладноломкости (/,,. х). Чем выше скорость деформации, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Все концентраторы напряжений способствуют хрупкому разрушению. С увеличением остроты и глубины надреза склонность к хрупкому разрушению возрастает. Чем больше размеры изделия, тем больше вероятность хрупкого разрушения (масштабный фактор).

Показана взаимосвязь механизма реализации пластической деформация с процессами массопереноса и фазообразования по зоне сварки разнородных металлов. Коллективные перемещения и взаимодействия дефектов кристаллической решетки в поле дейстнующих сварочных напряжений способствуют «транспортировке» на значительные расстояния пе только химических элементов и их комплек-

При одном и том же суммарном обжатии (63%) механические свойства стали ЗОХГСНА после НТМО, при которой прокатка производилась в три прохода с промежуточными подогревами до 550° (ниже температуры рекристаллизации), оказались такими же, как и после обычного режима НТМО (табл. 14). Вполне очевидно, что промежуточные выдержки и снижение степени обжатия заготовки за один проход приводят к уменьшению возникающих при прокатке напряжений, способствуют некоторому смягчению стали и значительно облегчают процесс обжатия упрочняемой заготовки [106].

где Я — глубина канавки; рвп — радиус кривизны ее впадины в осевом сечении растягиваемого или сжимаемого образца; ka — коэффициент, зависящий от вида нагружения (изгиб, растяжение, сдвиг, кручение) и отношения глубины надреза к шагу. Последующими работами [27,65] установлено, что коэффициент концентрации а%, полученный для кольцевых надрезов на цилиндрическом стержне и не учитывающий температурный эффект, в определенной мере применим и к оценке влияния неровностей поверхности на усталость металлов. Затем было обнаружено, что аналогичным показателем хорошо оценивается также противокоррозионная стойкость поскольку, как указывалось в п. 3 гл. I, глубокие впадины с малыми радиусами кривизны дна, обусловливающие концентрацию напряжений, способствуют не только образованию и росту усталостных трещин, но также увеличивают неоднородность поверхности и приближают момент первых коррозионных разрушений.

Наносимые в процессе абразивной эрозии на поверхность металла царапины, вмятины в результате многократного деформирования приводят к образованию микротрещин, которые, являясь концентраторами напряжений, способствуют усталостному разрушению металла.

При эксплуатации котельных установок, работающих на безнакипном щелочном режиме, неоднократно появлялись трещины в заклепочных и вальцовочных соединениях. Характерными особенностями трещин являлись расположение их по границам зерен, отсутствие деформаций металла в зоне образования трещин, сохранение металлом механических свойств даже в непосредственной близости от места разрушения. Исследованиями установлено, что указанные трещины обусловлены каустической хрупкостью металла, возникающей вследствие одновременного воздействия на металл местных напряжений, близких к пределу текучести или превышающих его, и щелочно-агрессивной котловой воды. Повышению местных напряжений способствуют остаточные напряжения после клепки или развальцовки, а также напряжения, вызываемые неравномерным прогревом (охлаждением) металла при пусках и остановках котлоагрегатов и в случаях резких изменений нагрузки. Кроме того, повышение местных напряжений вызывается неправильным вводом и распределением питательной воды в барабане, а также ограничением свободы термических удлинений элементов котла.

Важным фактором в деле создания гармоничного внешнего вида является определенная пропорциональность несущих и несомых конструкций. Все должно быть в меру, чтобы глаз подсознательно чувствовал, что размеры, соотношения объемов отдельных частей машины гармоничны. Для технологических стационарных машин как статических сооружений характерны формы, близкие к прямоугольным, с мягко закругленными гранями литых деталей. Плавные переходы формы оправдываются и соображениями технологии изготовления, позволяют избежать нежелательных концентраций напряжений, способствуют экономии металла, обеспечивают безопасность работы.

С возможностью некоторых прогибов цилиндра всегда надо считаться, так как полностью устранить их нельзя. Для всемерного» уменьшения прогибов следует уменьшать внешние силы, действующие на цилиндр, сокращать расстояние между его опорами. Уменьшению изгиба цилиндра от термических напряжений способствуют симметричность его формы, отсутствие значительных утолщении стенок, равномерный прогрев при пуске и остывании при остановке, малая длина и большой диаметр цилиндра, применение двух-стенных цилиндров. Конструкция подвода пара к соплам должна сводить к минимуму местные нагревы корпуса.

(рис. 57). Понижение температуры практически не изменяет сопротивления отрыву (разрушающего напряжения), но повышает сопротивление пластической деформации схт (предел текучести). Поэтому металлы, вязкие при сравнительно высоких температурах, могут при низких температурах разрушаться хрупко. В указанных условиях сопротивление отрыву достигается при напряжениях, меньших, чем предел текучести. Точка пересечения кривых сгт и S0Tp. соответствующая температуре перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому, получила название критической температуры хрупкости, или порога хладноломкости (tn, х). Чем выше скорость деформации, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Все концентраторы напряжений способствуют хрупкому разрушению. С увеличением остроты и глубины надреза склонность к хрупкому разрушению возрастает. Чем больше размеры изделия, тем больше вероятность хрупкого разрушения (масштабный фактор).

Все концентраторы напряжений способствуют хрупкому разрушению. Хрупкие разрушения обычно связывают с наличием дефектов. Они могут быть внутренними, поверхностными и служат источниками концентрации напряжений. Дефекты могут быть в виде пор, шлаковых включений, горячих и холодных трещин, микротрещин, непроваров и т.п. Необходимо их контролировать и принимать соответствующие меры. С увеличением остроты и размеров дефектов склонность к хрупкому разрушению возрастает. Чем выше скорость деформации, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Чем больше размеры изделия, тем больше вероятность хрупкого разрушения (масштабный фактор). Хрупкое разрушение материала происходит при высоких и низких (ниже предела текучести материала) напряжениях, а в ряде случаев - без приложений нагрузки. Последние имеют место при наличии высоких остаточных напряжений в зоне острых дефектов. Понижение температуры способствует переходу от вязкого разрушения к хрупкому. Это явление получило название хладоломкости.

Возникновению опасных внутренних напряжений способствуют неблагоприятная форма изделия, резкие переходы по толщине, острые подрезы, канавки и др. Закалочные трещины могут образоваться из-за неудовлетворительной подготовки стали к закалке. Следует иметь в виду, что иногда закалочные трещины появляются значительное время спустя после закалки детали. Поэтому отпуск рекомендуется производить сразу после закалки.