Пластинчатых выделений

Принцип работы пластинчатых теплообменников основан на движении нагреваемой и охлаждаемой жидкостей в противоположных направлениях (противотоком) в извилистых щелевидных каналах, образованных пластинами. Общий вид и схема потока жидкостей в пластинчатом теплообменнике показаны на рис. 21.

(Преимущество пластинчатых теплообменников по сравнению с кожухотрубчатыми — высокий коэффициент теплопередачи, небольшая поверхность теплообмена, необходимая для выполнения заданной тепловой нагрузки, небольшие габаритные размеры, удобство эксплуатации.

В отдельных узлах энергоустановок с большим числом однотипных деталей из листового проката или труб и, прежде всего, при изготовлении тепло-обменной аппаратуры находят применение различные виды контактной сварки, например, роликовая сварка — при изготовлении сребренных трубчатых поверхностей теплообмена регенераторов газовых турбин, а также при изготовлении пластинчатых теплообменников. Внедрение этого прогрессивного метода позволило создать принципиально новый тип теплообменных аппаратов и сократить металлоемкость подобных конструкций более чем_ в два раза.

Расчет и выбор пластинчатых теплообменников выполняются по методике, изложенной в РТМ 26-01-107-78 «Теплообмен-

ники пластинчатые. Методы тепловых и гидромеханических расчетов» [67]. Пластинчатые теплообменники предназначены для осуществления теплообмена между двумя жидкими или парообразными средами, а также между жидкостью и паром. Поэтому их .можно применять в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов. Основные параметры пластинчатых теплообменников приведены в табл. 2.26.

ностью теплообмена 60—600 м2 на избыточное давление до 4 МПа и температуру среды от —150 до +400°С. Такие теплообменники используют для работы с жидкими и газообразными средами," для чего их изготовляют из углеродистой стали или нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Размеры пластинчатых теплообменников неразборной цельносварной конструкции можно найти в каталоге [39].

Отличительная особенность опреснителей «Нирекс», достаточно широко распространенных на дизельных судах,— применение пластинчатых теплообменников для испарителя и конденсатора. Пластины, разделяющие теплообмениваю-щиеся среды, показаны на рис. 77. Изменяя число пластин одного типоразмера, можно получить теплообменники с весьма широким диапазоном поверхности теплопередачи. В частности, фирма Нирекс все опреснители в диапазоне от 10 до 65 т/сутки комплектует всего из двух типоразмеров пластин. В пределах каждого типоразмера остальные элементы конструкции (рама, сепаратор, насосы и приборы) остаются неизменными. Благодаря этой особенности удается до минимума свести затраты труда на изготовление. Поэтому и стоимость опреснителей «Нирекс» меньше на 25—30% стоимости опреснителей с трубчатыми теплообменниками (см. рис. 91). Весовые и габаритные показатели опреснителей «Нирекс» весьма •близки к обычным.

Характеристика отопительно-вентиля-ционных пластинчатых теплообменников (рис. 8-3, а) приведена в табл. 8-4, а значения коэффициентов теплопередачи для этих теплообменников — в табл. 8-5.

Расчет пластинчатых теплообменников из гофрированных листов приведен в [3, 4, 25].

Пайка в солевых ваннах отличается высокой производительностью. В связи со значительной температурой пайки (580—620 °С) этим способом паяют сплавы с высокой температурой ликвидуса — АД1, АМц и др. Припои должны быть заранее нанесены на паяемые поверхности в виде покрытия или плакирующего слоя (пайка пластинчатых теплообменников).

Преимущества пластинчатых теплообменников заключаются в повышении интенсивности теплопередачи, компактности (около 100 м2 в 1 м3), высокой плотности. В этом случае исключена возможность перетекания теплоносителя из одной полости (например, греющей) в другую (например, нагреваемую). Эксплуатация пластинчатых подогревателей проста, так как они легко разбираются. Пластины могут очищаться от накипи и загрязнений или заменяться.

При нагреве сплава в области (а 4- р)-фаз (см. рис. 66) выделения [5-фазы превращаются в сферические (если они были пластинчатыми) и растут. Это приводит к уменьшению межфазной поверхности и понижению свободной энергии. Образование сферических частиц (например, из пластинчатых выделений) называют сфероидизацией, укрупнение выделений — коагуляцией или реже коалесценцией.

2. Согласно приведенной выше схеме, выпадение гидридов в подповерхностном слое в вершине трещины возможно лишь в случае абсорбции водорода катодными участками в вершине трещины, восходящей диффузии водорода в область максимальных напряжений (находящуюся в объемном напряженном состоянии) и образования пересыщенной водородом а-фазы и гидридов. Если в структуре металла имеется достаточное количество /3-фазы, не склонной к коррозионному растрескиванию ((3-фаза, стабилизированная ванадием, молибденом, ниобием или танталом), эта фаза является аккумулятором водорода, абсорбируемого катодными участками. В этом случае резко снижается возможность образования пересыщенной водородом а-фазы и выделения гидридов. Влияние различного количества /3-фазы в структуре сплавов на склонность к коррозионному растрескиванию можно проиллюстрировать на одном и том же сплаве. Для этого использовали сплав, содержавший 6 % AI и 3,0 % V. В результате длительного отжига при 800°С в течение 100 ч практически весь ванадий перешел в а-твердый раствор, содержание 0-фазы, по данным рентгеноструктурного анализа, составило менее 0,3 %. Этот же сплав был подвергнут отжигу при 880°С в течение 1 ч с последующим охлаждением на воздухе. В последнем случае структура состояла из а-фазы и пластинчатых выделений 0-фазы. Количество оста-

Выдержка при 400° С в течение 1,5 час привела к образованию на поверхности шлифа в зернах аустенита тонких параллельных друг другу пластинчатых выделений карбидов. С удлинением времени отжига эти выделения становятся более отчетливыми, и у царапин и по границам зерен появляются включения зернистых карбидов. Выдержка в течение 24 час при 400° С к перлитному распаду аустенита не привела. К этому же времени и в объеме образца произошло выделение карбидов по границам зерен, но в значительно меньшем количестве.

При нагреве сплава в области а + 3-фаз выделения (Jn-фазы превращаются в сферические и растут. Это приводит к уменьшению межфазной поверхности и понижению свободной энергии. Образование сферических частиц, например, из пластинчатых выделений называют сфероидизацией, укрупнение выделений — коагуляцией.

В 50-е гг. разработка сплавов шла настолько интенсивно и под таким давлением, что привела к перенасыщению никелевых сплавов упрочняющими легирующими элементами. Последствия выразились во "внезапных неудачах" в виде пластинчатых выделений вредных фаз. Эти твердые пластинки а-и /i-фаз вызывали преждевременное растрескивание сплава и снижали его надежность в условиях ползучести (длительную прочность). Проблему решили, применив на этот раз управление фазовым составом с использованием компьютерной программы ФАКОМП (РНАСОМР). Можно полагать, что ФАКОМП-46

ровано на славе IN-100; чрезмерно активное формирование (Т-фазы при 816 °С и напряжении 275 МПа вызвало полное разрушение испытуемого стержня за 947 ч вместо ожидаемых 8000ч [47], [65]. Эти и другие связанные' с ними проблемы подробно рассмотрены в гл. 8. Возможно также образование пластинчатых выделений fi-фазы, хотя по поводу ее вредного влияния известно сравнительно мало.

В исследованиях, посвященных промышленным сплавам, упрочненным выделениями у'' -фазы и подвергшимся длительной эксплуатации [42, 43], не сообщают о формировании ячеистых выделений 6-фазы. Однако его наблюдали на экспериментальном сплаве Fe-35Ni-15Cr-5Nb-0,08C после старения при 700 °С [44], а также экспериментальном сплаве Fe-15Cr-Ni—Nb после выдержек в интервале 650—750 °С, когда содержание Ni превышало 45 %, a Nb — 5 % [32, 41]. Механизм формирования ячеистых выделений 6-фазы подобен механизму формирования ячеистых выделений Tj-фазы в железоникелевых сплавах, где упрочняющей является фаза у' [41]. Температуры 750 °С более благоприятны для образования межзерен-ных пластинчатых выделений 6-фазы, нежели для ее ячеистых выделений. Та же закономерность установлена и для выделений Tj-фазы в сплавах, упрочняемых выделениями у'; там ячеистые выделения преобладают при более низких, а межзе-ренные — при более высоких температурах.

рекристаллизованных зерен тормозится совокупностью глобулярных и пластинчатых выделений 6-фазы, образовавшихся в процессе гомогенизации при 955 °С. Нагрев до 1040 °С (рис. 6.9, г), т.е. выше температуры сольвус фазы 5, позволяет зернам расти, поскольку сдерживающего влияния 5-фазы больше нет.

зуальная идентификация остается одним из жизненно важных инструментов (рис. 8.1 и 8.2). В никелевых сплавах т.п.у. фазы почти всегда имеют пластинчатую форму, которая, конечно, выглядит игольчатой в плоскости металлографического шлифа. Пластинчатость этих выделений — фактор критический, поскольку обычно она отрицательно сказывается на уровне механических свойств. Рис. 8.1 дает несколько примеров пластинчатых выделений фаз О, f* и Лавеса.

На рис. 8.2, д показаны пластинчатые выделения обеих фаз, с и М23С6, в сплаве N—115. Они протравились совершенно по-разному; выделение М23С6 расположено под выделением cr-фазы. Судя по реакции на травление, немногочисленные скоагулированные частицы также могут принадлежать ff-фазе. Попытки создать коагулированные выделения cr-фазы в сплавах на никелевой основе для их упрочнения пока к успеху не привели; правда, показана возможность упрочнения аус-тенитных сплавов путем образования ff-фазы в виде пластинчатых выделений.

ний может быть значительно уменьшена (в 6 раз) при изменении формы выделений. Она является наименьшей для пластинчатых выделений.