Повышение долговечности

Повышение длительной пластичности при температуре 640 °С и выше не связано со сменой типа разрушения. В этом случае температурно-силовые условия

В технологическом процессе изготовления ответственных деталей из аустенитных нержавеющих сталей, применяемых в энергомашиностроении, предусматривается холодная деформация. Повышение длительной прочности в результате предварительной пластической деформации используют при производстве высоконапряженных деталей, работающих кратковременно (например, дисков транспортных турбин). Однако наряду с положительным наклеп оказывает и отрицательное влияние на свойства металла. В практике работы энергооборудования известны многочисленные случаи хрупких разрушений наклепанного материала — образование трещин на гибах труб пароперегревателей паровых котлов, на компенсаторах газопроводов и др.

в результате деформации. После завершения указанных операций производят старение. Важной особенностью данного* способа является повышение длительной прочности аустенитных; сталей и сплавов при условии работы их при нагреве до температуры, не превышающей температуры рекристаллизации.

Рис.15.13. Существенное повышение длительной прочности (при 760 °С и напряжении 649 МПа) за счет устранения микропористости методом ВИД:

При высоких температурах (~1300°С) деформационные процессы в большей степени реализуются по границам зерен посредством межзеренного скольжения и диффузионной ползучести, а разрушение имеет межкристал-литный характер. Поэтому устранение (или значительное уменьшение протяженности) в процессе направленной кристаллизации поперечных границ зерен (являющихся очагами зарождения трещин) за счет образования столбчатой или монокристаллической структуры делает возможным одновременное повышение длительной прочности, пластичности и сопротивления теп-лосменам высокотемпературных жаропрочных сплавов.

ми границами зерен (фиг. 238, а) и блоками внутри зерен. В результате происходит повышение длительной прочности высоколегированных жаропрочных аустенитных сталей, сохраняющееся до температур, не превышающих температур рекристаллизации, например, до 900—950° С.

На величину длительной пластичности стали или сплава могут оказать влияние характер легирования и большое число различных факторов. Так, введение в аустенитную сталь или сплав молибдена смещает зону низкой деформационной способности в область температур, лежащих выше рабочих (на 100—150° С). Поэтому, например, сталь 1Х16Н13М2Б (ЭИ680) более пластична при рабочих температурах 550—650° С, чем сталь Х18Н10Т. Введение же таких энергичных карбидообразующих элементов как титан, ниобий и ванадий, заметно повышая длительную прочность, одновременно приводит к падению пластичности в рабочем интервале температур. Для аустенитных сталей и сплавов на никелевой основе, легированных титаном, ниобием и алюминием, существенное повышение длительной пластичности обеспечивается обычно при введении в металлургическую технологию операций злектрошлакового, вакуумнодугового или плазменного переплавов [63].

Повышение длительной пластичности

Термическая обработка сварных соединений в зависимости от легирования сталей может оказывать заметное влияние на их жаропрочность и широко применяется в целях повышения надежности высокотемпературных конструкций в эксплуатации. Основными ее задачами в этих случаях (схема 2) являются: повышение длительной пластичности металла шва и самого сварного соединения, уменьшение опасности локальных разрушений, структурной и механической неоднородности сварных соединений, а также сведение к минимуму процессов высокотемпературного охрупчи-

Бор повышает жаропрочность сталей и сплавов при введении его в их состав в виде микродобавок [30, 40]. Так, например, повышение содержания бора в трубной аустенитной хромоникеле-вольфрамониобиевой стали типа Х14Н18В2Б от 0,005 до 0,015% позволило повысить длительную прочность от 12 до 18 кГ/мм2 при 650° Си от 9 до 14 кГ/мм* при 700° С (на базе 10б ч). Установлено, что еще более эффективно действует бор, если он используется в качестве легирующего элемента в количестве 0,3—0,8%. Из табл. 3 видно повышение длительной прочности аустенитных сталей и сплавов при легировании их бором. Как уже отмечалось, повышение жаропрочности, обусловленное действием бора, сопровождается заметным увеличением длительной пластичности. Это обстоятельство имеет немаловажное значение для эксплуатационной надежности сварных соединений. Легирование бором приводит к резкому изменению строения стали или сплава, в его структуре появляется новая составляющая — боридная эвтектика (см. рис. 5, г). Как и всякая другая эвтектика, например ледебуритная в аустенитно-карбидных сталях, боридная эвтектика вызывает заметное снижение показателей ударной вязкости. . ;

довольно эффективным и в борьбе с локальными разрушениями. Одним из этих средств, несомненно, является повышение длительной пластичности металла шва даже в ущерб его жаропрочности. Чем пластичнее шов, чем он податливее, тем меньше вероятность концентрации напряжений в охрупченном участке металла в околошовной зоне, тем меньше и опасность локальных разрушений. Автор не является поэтому сторонником равнопрочности металла шва и околошовной зоны в сварных соединениях жаропрочных сталей и сплавов, предназначенных для эксплуатации в течение многих тысяч и десятков тысяч часов. Лишь в соединениях, работающих непродолжительное время, принцип равнопрочности заслуживает поддержки.

Влияние долговечности на численность машинного парка. Повышение долговечности является эффективным и экономичным способом увеличения численности машин, находящихся одновременно в эксплуатации (текущей численности машинного парка). Число N машин, действующих в каждое данное время, пропорционально произведению их долговечности D на выпуск п единиц/год за предшествующее время.

Разобранные случаи относятся к числу простейших. При ежегодном изменении размера выпуска и долговечности картина усложняется. Однако общая закономерность остается в силе: повышение долговечности (в пределах срока технической долговечности) всегда сопровождается увеличением в последующие годы фактической численности машинного парка, пропорциональным размеру годового выпуска и величине долговечности.

Увеличение долговечности, например в 2 раза, вызывает увеличение объема годовой продукции вдвое. При одновременном увеличении в 2 раза отдачи объем продукции возрастает в 4 раза. Если объем годовой продукции задан, то повышение долговечности и отдачи позволяет сократить пропорционально произведению пи годовой выпуск машин с существенным выигрышем в суммарной стоимости выпуска машин и оплаты труда при общем повышении экономического эффекта.

Ресурс долговечности, закладываемый в-машину, должен быть согласован со степенью ее использования. Повышение долговечности машин, мало загруженных в эксплуатации, сопровождается увеличением периода службы, которое практически нельзя использовать из-за наступления технического устаревания. Например, при D — 10 лет период службы согласно формуле (29) равен для двухсменной работы 27 лет, а для односменной 54 года, что превосходит все мыслимые пределы технико-экономической долговечности.

Ничтожные в общем балансе дополнительные расходы на повышение долговечности дают в конечном счете огромный выигрыш в результате увеличения суммарной полезной отдачи машины, уменьшения простоев л стоимости ремонтов.

г Долговечность и техническое устаревание. Повышение долговечности тесно связано с проблемой технического устаревания машин. Устаревание наступает, когда машина, сохраняя физическую работоспособность, по своим показателям перестает удовлетворять промышленность в силу повышения требований или появления более совершенных машин.

163. Тылкин М. А. Повышение долговечности деталей металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1971. 608 с.

10. Бакиев А.В., Зайнуллин Р.С., .Арсланова Ф.К. Повышение долговечности сварных аппаратов со смещением кромок в условиях малоциклового нагружения. - В кн.: Проблемы выявления резервов в нефтеперерабатывающей промышленности: Тезисы докладов к республиканской межотраслевой научно-практической конференции, Уфа, 1980, с. 87-90.

4 Кузеев И.Р. Совершенствование технологии и повышение долговечности реакционных аппаратов термодеструктивных процессов переработки углеводородного сырья: Дис. ... докт. техн. наук. - Уфа.: УНИ, 1987.

Известно, что путем направленного изменения дислокационной структуры можно обеспечить существенное повышение долговечности металлоизделий. В частности, такой путь представляется перспективным для сварных соединений. Проведенный комплекс исследований на сварных соединениях из малоуглеродистой стали покапал, что это возможно осуществить с помощью электрогндропмпульгцой обрибот-

С повышением требований к выключательным устройствам (уменьшение габаритных размеров приборов, повышение долговечности их работы) резко возросли требования к материалам для контактов. Например, контакторы магнитных пускателей должны обладать высокой стойкостью против сваривания при включении больших токов И обгорания, легким гашением дуги — и все это при постоянном низком контактном сопротивлении. Эти требования выполняются при использовании материалов типа Ag— CdO. Сплав Ag—CdO получают путем внутреннего окисления выплавленного гомогенного сплава Ag—Cd. При