Разрушения происходили

Некоторые из предложенных объяснений склонности ферритных нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии основаны на разнице скоростей растворения различных образующихся карбидов или на предполагаемой большей реакционной способности напряженной кристаллической решетки металла. Однако наиболее убедительное объяснение получено с помощью теории, широко используемой для объяснения этих явлений в аустенитных нержавеющих сталях. Согласно этой теории, разрушения происходят вследствие обеднения границ зерен хромом [36—38]. Различия в температурах и времени, необходимых для сенсибилизации этих сталей, объясняются более высокими скоростями диффузии углерода, азота и хрома в ферритной объемно-центрированной кубической решетке по сравнению с аустенитной гранецентрированной. В соответствии с этим, карбиды и нитриды хрома, которые растворены при высокой температуре, ниже

Во многих случаях разрушения происходят поперек сварного шва. В качестве примера разрушения труб на рис. 2.4 приведена фотография макрошлифа сварного соединения стали 15Х5М, выполненного аустенитными электродами марки O3JT-8, разрушившегося после 3600 часов работы на установке гидроочистки. Разрушение проходило по сварному шву отвода диаметром 152x6 мм, работавшего при температуре 45 - 50°С и давлении 5-6 МПа в среде газосырьевой смеси дизельного топлива с водородом. Как видно на снимке сечения, вырезанного из неразрушившейся части сварного соединения, ширина околошовных зон подкалки имеет значительные размеры. Твердость зон термического влияния (ЗТВ), снижающая сопротивляемость металла этих зон образованию трещин, относительно высокая и составляет от 350 до 441. MB (заключение № ЗМ-69, ПО "Салаватнефтеоргсинтез") При этом наиболее вероятным местом хрупких разрушений с повышением температуры и длительности эксплуатации становятся околошовные зоны вблизи линии сплавления с мартен-ситной структурой. На рис. 2.5 показан характер развития трещин в зоне термовлияния со стороны приварки отвода к трубе диаметром 219x8 мм линии пирогаза. Твердость металла этих зон была повышенной и составляла 45 - 47 HRC. труба отвод

В зависимости от сочетания различного рода неблагоприятных факторов при эксплуатации сварных конструкций имеют место вязкие, квазивязкие, хрупкие и квазихрупкие разрушения. Вязкие разрушения происходят в условиях общей текучести ослабленного дефектом сечения шва. Квазивязкие — когда большая часть ослабленного сечения сварного шва охвачена пластической деформацией, а остальная часть работает упруго. Хрупкие разрушения протекают при низком уровне приложенных напряжений на стадии упругой работы конструкций, а квазихрупкие — когда незначительная часть ослабленного сечения вблизи дефекта охвачена пластической деформацией. Термин «квази» в данном случае означает приближение к хрупкому либо вязкому разрушению.

В зависимости от сочетания различного рода неблагоприятных факторов при эксплуатации сварных конструкций имеют место вязкие, квазивязкие, хрупкие и квазихрупкие разрушения. Вязкие разрушения происходят в условиях общей текучести ослабленного дефектом сечения шва. Квазивязкие — когда большая часть ослабленного сечения сварного шва охвачена пластической деформацией, а остальная часть работает упруго. Хрупкие разрушения протекают при низком уровне приложенных напряжений на стадии упругой работы конструкций, аква-зихрупкие — когда незначительная часть ослабленного сечения вблизи дефекта охвачена пластической деформацией. Термин «квази» в данном случае означает приближение к хрупкому либо вязкому разрушению.

различных сложных конструкций, таких как шпили церквей, крыши гимнастических залов. На рис. 5 показаны типы разрушений балок из древесины, упрочненной углепластиком. Примером повышения качества древесины при изготовлении конкретной продукции являются гоночные двуколки, выпускаемые фирмой Fiber — Tech Enterprices (США). Ось двуколки упрочняется волокном «Фортафил» фирмы Great Lakes Carbon. По сравнению с традиционными двуколками, имеющими деревянный каркас, новые двуколки на 20% легче, а случаи разрушения происходят значительно реже, что является важным фактором с точки зрения безопасности и обслуживания.

Квазистатические разрушения происходят у циклически изотропных и анизотропных стабильных или разупрочняющихся материалов при нагружений с постоянной амплитудой напряжений (мягкое нагружение). При сравнительно небольшом числе циклов накопление односторонних пластических деформаций от цикла к циклу у указанных материалов заканчивается образованием явно выраженной шейки и разрушением, подобным разрушению при однократном нагружений. При увеличении числа циклов величины односторонне накопленных пластических деформаций на стадии разрушения уменьшаются и сами разрушения происходят с образованием макротрещин в зонах максимальных деформаций. При этих числах циклов изменяются виды, разрушения — квазистатические разрушения переходят в усталостные, характеризующиеся развитыми макротрещинами и малыми величинами односторонне накопленных деформаций.

Однако следует иметь в виду, что это относится к обычным жаропрочным сталям и сплавам на железной, никелевой или кобальтовой основе, критический интервал хрупкости которых располагается в области отрицательных температур. Испытания на термоусталость в температурном диапазоне 20ч^1200°С некоторых сплавов на основе хрома, у которых температура хрупкого перехода оставляла 30—50° С, показали, что все разрушения происходят при нижней температуре цикла, когда пластичность материала невелика. Вместе с тем при верхней температуре цикла эти сплавы имеют высокую пластичность. Для таких материалов деформационный критерий термоусталостной •прочности должен учитывать минимальное значение предельной пластичности.

Наиболее сильные и необратимые разрушения происходят в случае компонентов со стеклянными корпусами, таких как осциллографические трубки и другие вакуумные приборы. Разрушение электронно-лучевых трубок в нескольких приборах на «Алвине» практически не имело побочных последствией. Экраны, окружавшие трубки, не были деформированы или повреждены осколками, как можно было бы ожидать. То же самое относится и к прочим вакуумным приборам (их было несколько), не имевшим экранов.

На рис. 1.13 показана диаграмма Хея, построенная по результатам испытаний образцов стали 45 согласно рис. 1.12. На диаграмму нанесены линии условных пределов выносливости ав (N0) — — °ая + сття ПРИ нескольких значениях N0, а также линия абсолютных пределов выносливости стл. Прямая ашах = аа + + dm = (Ту ограничивает область, в которой усталостные разрушения происходят еще в пределах макроскопической -о,д -QS-O.7-0,6 -0,5 -ОЛ -0.3 -0,2 упругости. Вне соответствующего треугольника пределы выносливости выше предела текучести ау, хотя материал и работает при этом в усло-вих приспособления.

Подобные разрушения происходят без существенного утонения детали. Они развиваются в виде отдельных трещин и начинаются чаще всего от поверхности, не подверженной общей коррозии. Трещины характеризуются наличием двух зон. Первая зона представляет собой поверхность коррозионной трещины, она обычно темного цвета. Вторая зона отличается свежим изломом. Это — оставшееся в результате развития трещин живое сечение, по которому происходит разрушение, когда напряжения достигают предельных величин.

Таким образом, нет принципиальной разницы между механизмом эрозионного разрушения при больших и при малых или умеренных скоростях соударения капель с твердой поверхностью. В том и другом случае разрушения происходят от гидравлических ударов по поверхности детали. Только при больших скоростях соударения сила удара капли настолько велика, что повреждение происходит с одного удара, и размер повреждения соизмерим с диаметром ударяющей капли. А при малых или умеренных скоростях соударения каждый гидравлический удар, возникающий при несимметричном смыкании кавитационного пузырька у поверхности детали, воздействует на микроскопически малый участок поверхности, поэтому заметное эрозионное разрушение возникает не сразу, а только после мнргочисленных ударов.

При четырехточечной схеме нагружения разрушения происходили в крайних частях образцов. При обоих методах обнаружено, что статическая прочность зависит от отношения пролета к высоте. При условии, что эквивалентный пролет при четырехточечном методе включает в себя лишь крайние части образца, была показана идентичность результатов, полученных по трех-и четырехточечной схеме. Четырехточечный метод было легче осуществить на усталостных машинах, так как при трехточечном

образуется незащищенное покрытием усиление шириной 6—8 мм. При всех видах испытаний, включая испытания на длительную прочность под внутренним давлением, разрушения происходили по основному металлу вдали от места сварки.

тельно 50 % от предела текучести сплава) не разрушились вследствие коррозионного растрескивания под напряжением в течение 402 сут экспозиции на глубине 760 м. Образцы сплавов 75А, 0,15Pd, 5A1—2,5Sn, 7А1—2Cb—ITa, 6A1—2Cb—ITa—Що, 6А1—4V и 13V—ПСг—ЗА1 были экспонированы с круговым сварным швом диаметром 7,62 см, сделанным в центре пластин размером 15,24X30,48 см. Вследствие коррозионного растрескивания, вызванного остаточными сварочными напряжениями, разрушились только образцы сплава 13V—ПСг—ЗА1. Из-за коррозионного растрескивания образцы впервые разрушились после 181 суток экспозиции у поверхности. Затем разрушения происходили после 189 сут экспозиции образцов, частично погруженных в донные осадки и в течение 751 сут экспозиции в морской воде на глубине 1830 м. При экспозиции на глубине 760 м первое разрушение образцов произошло после 402 сут экспозиции в морской воде. Во всех случаях трещины распространялись радиально поперек сварных швов. В некоторых случаях трещины изменяли направление на 90° и расходились кругообразно вокруг внешней стороны сварного шва. В целом, сплав 13V—ПСг— ЗА1 был более склонен к коррозионному растрескиванию в морской воде у поверхности, чем на глубине в Тихом океане.

Для выявления возможности зачистки контактной дорожки на основании приведенного анализа были проведены эксперименты по разрушению эмали, в которых эти два этапа разрушения происходили одновременно за счет конструкции инструмента совмещенного действия. Эксперименты проводились на плоских потенцио-

На Черепетской ГРЭС (номинальные рабочие параметры пара перед турбиной —давление 170 am, температура 550° С) с котлами ТП-240 барабанного типа коррозионные повреждения под напряжением также наблюдались в конвективной части пароперегревателей котлов № 1 и № 2 в первый период эксплуатации. Конвективные пароперегреватели были изготовлены из стали 1Х14Н14В2М(ЭИ257) в виде труб размером 32 X 5,5 мм. Изгибы труб радиусом 55 мм и 105 мм после холодной деформации термообработке не подвергались. На котле № 1 за период 1863 час эксплуатации было зарегистрировано четыре случая разрушений, на котле № 2 за 767 час — 59 случаев. Разрушения происходили исключительно в нижних изгибах малого радиуса (г = 55 мм). Трещины появлялись главным образом на внутренней поверхности труб. Металлографическое исследование показало, что трещины сначала имели межкристаллитный характер, а затем они развивались как по границам, так и по телу зерен. В этот период изгибы труб, как указано выше, не были аусте-низированы; кроме того, при термической обработке они не могли свободно перемещаться. Было произведено 50 пусков котла № 1 за период 1863 час испытаний и 22 пуска котла №2 за период 757 час, что способствовало появлению повышенных механических напряжений в металле и упариванию воды в изгибах (недренируемого перегревателя). Перед первым пуском котлы № 1 м № 2 длительно промывали щелочью, а пар из барабана со значительной концентрацией щелочей конденсировался в вертикальных петлях перегревателя. После проведения аустенизации изгибов труб радиусом 55 мм с нагревом по методу электросопротивления разрушений такого характера уже не наблюдалось. В процессе эксплуатации не было также случаев повреждения сварных соединений труб пароперегревателей, изготовленных контактным способом. При исследовании двух контрольных стыков паропровода, не прошедших стабилизации, в одном из них, проработавшем 3500 час, была обнаружена трещина глубиной 5,1 мм у корня шва — на расстоянии примерно 5 мм от наплавленного металла. Авторы работы считают, что причина возникновения этой трещины — повышение концентрации солей и их агрессивность при упаривании конденсата между трубой и подкладным кольцом в периоды останова и пуска котла. Разрушения межкристалл ит-ного характера отмечены в нескольких случаях, в том числе и в дренажных трубках и в сварных соединениях труб (размеры 219 X X 27 мм) в месте контакта поверхности трубы с подкладным кольцом. В трубе размером 133 X 18 мм, находившейся в течение года в кон-

На котле № 1 за 1863 ч эксплуатации было четыре случая разрывов, на котле № 2 за 767 ч — 59 случаев. Разрушения происходили исключительно в нижних гибах малого радиуса (55 мм). Трещины, обнаруженные главным образом на внутренней поверхности труб, в своем начале имели межкристаллитный характер,

Экранные трубы этих парогенераторов 0 60X6 мм изготовлены из стали 20. Разрушения происходили путем образования продольной трещины по лобовой образующей или вырыва куска металла. По внутренней поверхности труб имелась на лобовой стороне сетка трещин. Отложения на внутренней поверхности труб достигали 200 г/м2.

В нашей стране и за рубежом зарегистрированы разрушения сварных барабанов при гидропрёссовках. Как правило, разрушения происходили в местах расположения дефектов. Разрывов барабанов при эксплуатации по официальной статистике нет.

Образование остаточных напряжений приводит к хрупким разрушениям сварных конструкций. Вопрос о хрупких разрушениях является одним из наиболее злободневных. В практике эксплуатации наблюдаются хрупкие разрушения при статических нагрузках. Нередко разрушения происходили при относительно невысоких напряжениях, значительно меньших не только предела текучести, но и допустимых величин. Причинами образования хрупких разрушений занимались отечественные и зарубежные научно-исследовательские организации. В большинстве случаев полагают, что условием образования хрупких разрушений в сварных конструкциях является сочетание трех основных факторов.

5.14.4. Анализ разрушения строительных материалов. В последние годы в России и других странах произошли катастрофические разрушения ряда сооружений, таких как здания, тоннели, мосты и т.п., построенных из кирпича и железобетона. Во многих случаях разрушения были связаны с действием внешних факторов (тектонических процессов, деятельности человека, включая несоблюдение норм и низкое качество строительства и т.п.). В других случаях причина разрушения не была установлена, однако очевидно, что с точки зрения механики разрушения происходили из-за нарушения структурной целостности материала, возникали локальные концентраторы напряжений, появлялись микро-, а затем макротрещины, в результате роста которых конструкция разрушалась. С практической точки зрения представляет интерес разработка метода и аппаратуры для обнаружения надежных предвестников подобных катастроф. ИК-термография, в силу высокой производительности и бесконтактности испытаний, привлекла внимание контролирующих организаций, в особенности, после начала широкого применения тепловидения в строительной диагностике и мониторинге теплопотерь. Тем не менее, возможности метода до сих пор остаются дискуссионными; среди специалистов нет единого мнения относительно величины температурных сигналов, которые могут возникать в объеме и на поверхности строительных материалов при воздействии на них знакопеременных нагрузок. Лабораторные исследования, выполненные М. Люонгом (Франция), показали, что при определенных типах и величинах нагрузок температурные градиенты могут достигать нескольких градусов [84]. Однако на практике этот вывод не был подтвержден надежными экспериментальными результатами, а имеющиеся разрозненные данные (см. главу 9) позволяют пред-

Роль коррозионной усталости весьма четко видна из рис. 16.21: основной вклад в разрушение рабочих лопаток ЦНД внесла предпоследняя ступень, работающая в зоне фазового перехода, где концентрация примесей в образующихся агрессивных растворах максимальна (см. п. 16.4.3). В основном разрушения происходили от коррозионной усталости. Для лопаток последней ступени, где статические напряжения выше, образующиеся агрессивные растворы имеют меньшую концентрацию и разрушений меньше. В предпредпоследней ступени, где зона фазового перехода может возникать периодически, малы статические напряжения и разрушения также происходят реже.