Появления повреждений

^.Прочность деталей. Качество поверхности в значительной мере влияет на прочность деталей, особенно при переменных нагрузках, j Концентрация напряжений, вызывающая разрушение детали, происходит вследствие неровностей ее поверхностей. [Высокая чистота поверхности, полученная в результате отделочных операций, значительно повышает усталостную прочность, так как чем меньше микронеровности, тем меньше возможность появления поверхностных трещин от усталости металла.:

Как уже отмечалось выше, стадии циклической микротекучести и циклической текучести характерны для металлов и сплавов, имеющих физический предел текучести, и их можно изучать при определенной методике усталостных испытаний. Для металлических материалов, не имеющих физического предела текучести, усталостный процесс начинается с кратковременной стадии циклической микротекучести (которая часто протекает в процессе вы-вода испытательной машина на заданную амплитуду нагружсния), а затем следует стадия циклического деформационного упрочнения (разупрочнения). Эту стадию следует рассматривать как конкуренцию двух кинетических процессов - пластической деформации, приводящей к деформационному упрочнению, и разрушения (по терминологии И.А. Одинга - упрочнения и разупрочнения). Поэтому в области циклического упрочнения (3-я стадия в периоде зарождения усталостных трещин, рис. 7) пунктирной линией отмечено геометрическое место точек, соответствующих началу появления поверхностных субмикротрещин размером 1 - 3 мкм. Склонность металлических материалов к циклическому упрочнению или разупрочнению определяется отношением предела прочности к условному пределу текучести. Известно, что все материалы с ов/а0,2 ^ 1,2 разупрочняются при циклическом деформировании,

Табл. 3.—Время до появления поверхностных трещин при добавлении в резины воскоподобных веществ

Высоколегированные X. с. типа ВХ-3 обеспечивают стойкость более 100 час. при 1030° и напряжениях до 20 кг/мм2, а. при 1150° с напряжениями до 15 кг/мм2. a_j при асимметричном изгибе на базе 10' циклов имеет след, значения (кг/мм2): 20 (20°), 15(1150°). сг02 =6 кг/мм2 при 1150° за 100 час. 'А, (кал/см-сек- °С): 0,21 (100°), 0,13 (900—1000°). а-106 (1/°С): 8,1 (20—100°), 10,5 (20—1000°). с (кал/г-°С): 0,098 (100°), 0,12 (500°), 0,19 (1200°). у = 7,6 г/см3. Сплавы данного типа представляют интерес для стационарных установок со стабильным рабочим режимом, особенно при сжимающих нагрузках. Сплавы в процессе длительной работы при 1100—1200° в окислит, атмосфере, воздухе и водяном паре не окисляются и не охруп-чиваются. Высоколегированные X. с. не деформируются. Детали изготавливают методами точного литья, подвергают тер-мич., а затем механич. обработке. При этом надо опасаться появления поверхностных трещин.

Сплавы хрома обрабатываются всеми методами резания обычным инструментом. Хорошее состояние обрабатываемой поверхности обеспечивается при больших скоростях резания (при малой подаче стойкость инструмента удовлетворительна без его охлаждения). Не рекомендуется обрабатывать сплавы хрома (за исключением сплавов ВХ-3, ВХ-4 и ВХ-4А) абразивным инструментом ввиду возможного появления поверхностных трещин. Лучше обрабатываются сплавы ВХ-3, ВХ-4 и ВХ-4А.

Химически чистое железо, в котором отсутствуют условия для появления поверхностных гальванопар, не подвержено электрохимической коррозии. Однако углеродистые и даже слаболегированные стали, используемые в энергетике, вне зависимости от структуры и содержания примесей практически в одинаковой степени страдают от кислородной и углекислотнои коррозии. Это обусловлено тем, что скооость коррозионного процесса в целом здесь определяется чисто лифф\'зионными процессами (обычно — скоростью подвода кислорода к анодным участкам). Данное обстоятельство позволяет на практике без особой погрешности использовать для индикаторов коррозии сталь, по химическому составу и структуре не идентичную металлу контролируемой поверхности. Исключение из указанного правила составляет примесь меди; при ее содержании в 0,2—0.5% уже значительно повышается сопротивляемость стали электрохимической коррозии (при невысоких температурах). Это объясняется влиянием меди на плотность защитных оксидных пленок.

Внутренние напряжения иногда являются также причиной появления поверхностных трещин при шлифовании (фиг. 149, в), которые, однако, иногда могут возникнуть и в результате нагрева детали от чрезмерно сильного нажатия абразивного круга.

Предлагаемая книга посвящена проблеме термической усталости, т.е процессу появления поверхностных трещин и их постепенного развития вплоть до полного разрушения изделий, работающих в условиях циклических нагревов и охлаждений, сопровождающихся созданием больших градиентов температур по сечению детали. На основе обобщения литературных сведений, данных эксплуатации разнообразного» технологического и энергетического оборудования в ПНР, а также используя собственные производственные и лабораторные исследования, автор сделал попытку установить общие закономерности влияния многочисленных факторов (условий службы, химического состава, структуры и физико-механических свойств материалов) на сопротивление термической усталости конкретных изделий (стальных форм для литья чугунных труб, инструмента горячей и холодной штамповки, прокатных валков, деталей термического оборудования, роторов турбин и др.). При этом приведены практические рекомендации по выбору материалов, термической, химико-термической и других видов обработки с целью повышения сопротивления усталости изделий, работающих в условиях циклических термических нагрузок. Дано также описание основных методов исследования структуры и свойств материалов при термической усталости.

пускается нагрев деталей выше 100—120 °С во избежание разупрочнения. Регламентация режимов резания и состояние инструмента необходимы также для ограничения появления поверхностных остаточных растягивающих напряжений, которые отрицательно влияют на свойства и могут вызывать поводки и нестабильность размеров, особенно тонкостенных и точных деталей. Рекомендуется максимально уменьшать площадь обрабатываемых резанием поверхностей штамповок, профилей, панелей, плит, листов.

Табл. 3.— Время до появления поверхностных трещин при добавлении в резины воскоподобных веществ

Высоколегированные X. с. типа ВХ-3 обеспечивают стойкость более 100 час. при 1030° и напряжениях до 20 кг/мм2, а при 1150° с напряжениями до 15 кг/мм2. а_1 при асимметричном изгибе на базе 10' циклов имеет след. значения (кг/мм2): 20 (20°), 15 (1150°). 0О)2 = 6 кг/мм2 при 1150° за 100 час. X (кал/см- сек- °С): 0,21 (100°), 0,13 (900—1000°). a-10s (1/°С): 8,1 (20-100°), 10,5 (20-1000°). с (кал/г-°С): 0,098 (100°), 0,12 (500°), 0,19 (1200°). у = 7,6 г/см3. Сплавы данного типа представляют интерес для стационарных установок со стабильным рабочим режимом, особенно при сжимающих нагрузках. Сплавы в процессе длительной работы при 1100—1200° в окислит, атмосфере, воздухе и водяном паре не окисляются и не охруп-чиваются. Высоколегированные X. с. не деформируются. Детали изготавливают методами точного литья, подвергают тер-мич., а затем механич. обработке. При этом надо опасаться появления поверхностных трещин.

(число циклов нагружений до появления повреждений) пропорциональна максимальному напряжению акп>ах.

ности по наработке может быть использовано в качестве диагностического признака случайного появления повреждений детали в процессе эксплуатации, в том числе и на стадии производства — различные типы дефектов материала и их геометрия дают неоднородное распределение длительности зарождения усталостных трещин.

Испытания шлангов из тефлона в аналогичных условиях показали, что этот материал устойчив только при малых дозах (около 1-Ю8 эрг/г при статическом давлении и 1-Ю7 эрг/г при переменном давлении). Были установлены эмпирические соотношения между дозой облучения, температурой и временем работы материалов до появления повреждений [28].

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей основана на пассивности их поверхности. До тех пор пока на поверхности металла сохраняется пассивная пленка (как это наблюдается в окислительной среде), аустенитные стали почти столь же стойки к коррозии, как и платина. В случае появления повреждений пленки, вызванных ионами высокой проницаемости (например, галлоидами) возникает интенсивная язвенная коррозия. При полном же удалении или растворении пассивной пленки потенциал аустенитной стали близок к потенциалу железа; металл находится в активном состоянии, вследствие чего и протекает общая равномерная коррозия металла.

няется от значения, указанного в НТД или конструкторской документации, котел считается неисправным. Последствия неисправностей неоднозначны. В большинстве случаев они приводят к отказам. В одних случаях после появления 'Повреждений отказ наступает мгновенно, в других наработка времени между обоими событиями измеряется тысячами часов. Возможны отказы без повреждений. При использовании непроектных марок угля или нарушениях режима работы топки может возникнуть интенсивное шлакование, которое вынудит остановить котел - наступит отказ без повреждения.

Появление и развитие трещин происходит тем интенсивнее, чем выше относительная щелочность воды и чем больше и дольше действуют дополнительные напряжения, возникающие в результате термических неравномерностей в металле. Если в процессе эксплуатации складываются условия, при которых оба фактора резко выражены, повреждения могут появиться через 1-2 года работы. Такими неблагоприятными условиями являются неравномерное питание водой при температуре 70-100 "С в котлах с давлением до 4 МПа и при температуре 150-200 °С в котлах с давлением 9 МПа и выше, неудовлетворительная конструкция ввода питательной воды в барабан, частые остановы, использование воды с преобладанием едкой щелочи. Более щадящий режим для котлов среднего давления - питание водой, нагретой до 130-140'С, с содержанием щелочи 15-30% общего солесодержания позволяет даже при термически неустойчивой работе, связанной с частыми растопками и остановами в резерв, увеличить в среднем наработку до появления повреждений, которая может составлять 10-12 лет. Наконец, при температуре питательной воды около 150 "С в конденсатом режиме с пониженной щелочностью котловой воды и с редкими остановами в резерв на котлах, работающих при давлении до 4 МПа, повреждения заклепочных швов появляются при наработках более 30 лет. Наиболее благоприятные условия дя возникновения и развития трещин создаются во время нестационарных температурных режимов.

Вероятность разрушений чугунных поверхностей нагрева серьезно возрастает при переводе котлов, предназначенных для работы на твердом топливе, на газ или жидкое топливо. В таких случаях увеличиваются тепловые нагрузки на поверхностях нагрева, создаются условия для образования накипи, перегрева металла и неравномерного температурного расширения. Вообще работа котлов на непроектных видах и марках топлива может быть причиной появления повреждений.

Газовая турбина достигла своей номинальной мощности лишь с течением времени после многих изменений. Это объясняется главным образом большим количеством трудно обнаруживаемых и трудно устраняемых неплотностей, чрезмерными зазорами в проточных частях турбины, а также невозможностью доведения температуры перед турбиной 11 до номинального значения без появления повреждений в камере сгорания 9. Только после добавления второй камеры сгорания 10, которая вначале отсутствовала, удалось достичь номинальной мощности. К. п. д. всей установки составил при этом 32,5%.

Место появления повреждений

сварных узлов подвижного состава железных дорог эксплуатируется в течение многих лет в различных климатических условиях и не были зарегистрированы случаи появления повреждений в упрочненных местах.

N — - долговечность. Это число циклов знакопеременного нагружения до появления повреждений (трещин или надрывов) при эксплуатационном или программированном нагружении. Это также число циклов до разрушения.

N — долговечность. Это число циклов знакопеременного нагружения до появления повреждений (трещин или надрывов) при эксплуатационном или программированном нагружении. Это также число циклов до разрушения.