Возникновения склонности

Силы, действующие на стойку механизма, вызывают вибрации фундамента машины. Наложение колебаний фундамента на собственные колебания звеньев механизмов приводят к совпадению частот и возникновению резонансных режимов работы. В этих условиях механизм становится неработоспособным из-за нарушения точности работы, роста амплитуд колебаний и динамических нагрузок. Для предотвращения возникновения резонансных режимов работы в механизмы вводят успокоители колебаний — демпферы, создающие силы сопротивления движущимся деталям и расходующие энергию колебательного процесса, способствуя затуханию колебаний (см. гл. 24).

Состояние упругой системы при q -*• р называют резонансом. Следовательно, при достижении валом критической скорости вращения возникает резонанс, чем и объясняется опасный рост амплитуды упругих перемещений. Машины не могут работать в режимах, близких к резонансным, так как это привело бы к их разрушению. Поэтому, проектируя машину, нужно убедиться в невозможности возникновения резонансных колебаний в ее частях.

Охрупчивание материала при возрастании частоты нагружения может возникнуть в условиях эксплуатации, например, применительно к лопаткам компрессора высоких ступеней газотурбинного двигателя. В условиях вынужденных колебаний от газодинамического потока имеющие место повреждения лопатки создают предпосылки возникновения резонансных явлений, когда при высоком уровне частоты нагружения в несколько тысяч герц могут иметь место возрастающие по уровню нагрузки от резонанса. Однако следует оговориться, что возрастание частоты нагружения, особенно при резонансе, сопровождается снижением амплитуды колебаний. Поэтому с возрастанием частоты нагружения трещина может распространиться на все сечение детали только в припороговой области ее скоростей.

Для расшифровки спектрального состава вибрации двигателя и выделения основных источников колебаний необходимо знание основных частот источников колебаний и их гармоник. При этом следует учитывать возможность возникновения резонансных колебаний. В результате импульсных динамических нагрузок в кон-

Следует иметь в виду, что двигатель, представляющий собой сложную колебательную систему, состоящую из множества отдельных деталей, имеет целый спектр собственных частот колебаний, что еще более увеличивает вероятность возникновения резонансных колебаний.

Действие вибрации на несущие элементы конструкции изделий, такие как шасси, каркасы, стойки, кронштейны и т. п. в случае возникновения резонансных явлений может вызывать их поломку. Резонансные явления в конструкциях возникают в диапазоне частот 15—150 Гц. Некоторые конструкции изделий поглощают высокочастотные составляющие амплитудно-частотного спектра сильнее, чем низкочастотные. Поэтому при измерении вибрации около источника форма колебаний отличается от периодической, а вдали от источника — может быть даже синусоидальная.

Имея это в виду, в настоящей главе анализу динамической точности предпосылается рассмотрение вопроса о динамической устойчивости механизма и об условиях возникновения резонансных режимов.

Еще большие трудности возникают при анализе этих уравнений в связи с исследованием динамической точности, выяснением условий возникновения резонансных режимов и т. д.

Необходимо принимать во внимание вибрацию, в условиях которой должно будет работать уплотнение, поскольку каждое уплотнение обладает вполне определенной частотой собственных колебаний. Если известно, что вибрация существует, то следует заранее определить все ее параметры, чтобы при конструировании уплотнения исключить возможность возникновения резонансных явлений в сильфонах.

Резонансные, диаграммы. Необходимым условием возникновения резонансных колебаний является равенство частоты возбуждения той или иной собственной частоте упругого объекта. Возбуждению вынужденных колебаний вращающегося рабочего колеса

При полном совпадении п\ и по при 6=0,10-f-0,40, экспериментально определенной для опорных элементов турбин, коэффициент (3 = 8-^-32, значит, при резонансе жесткость уменьшается в десятки раз. Зона, в которой сказывается приближение к резонансу, лежит между отношениями rei/rao=0,75 и n1/rt0=l,25. Для возникновения резонансных явлений нет необходимости в точном совпадении частот.

охлаждением с высоких температур) можно вызвать появление склонности к межкристаллитной коррозии. С целью предотвращения возникновения склонности к межкристаллитной коррозии прибегают к специальным методам термической обработки хромистых сталей. Так, в стали типа Х17 путем закалки с 1100° С переводят карбиды в твердый раствор, а для сталей Х17, Х25, Х27 применяют длительный отпуск при 700—800° С, что способствует выравниванию концентрации хрома по зерну.

Рис. 16. Обеднение границ .зерен хромом для сталей типа 18-10 (схема Бейна): а — вероятная концентрация углерода и хрома вблизи карбидных частиц в первое время после возникновения склонности к МКК; б — то же после длительного отжига, вызывающего восстановление коррозионной стойкости пограничных зон

На ускорении или замедлении из-за деформаций процесса возникновения склонности к МКК будет сказываться содержание в стали легирующих элементов особенно тех, которые влияют на количество углерода на границах зерен (никеля, бора, кремния, молибдена). Деформация после отпуска всегда уменьшает, причем в значительно большей степени, чем до отпуска, склонность аусте-нитных хромоникелевых сталей к МКК, так как дробление зерен и нарушение непрерывности их границ препятствует проникновению разрушения в глубь металла.

Сплавы типа дуралюмин наиболее высокой коррозионной стойкостью обладают в закаленном и естественно состаренном состоянии. Коррозионная стойкость их снижается при нагреве выше 100° С вследствие возникновения склонности к межкристаллитной коррозии и к коррозии под напряжением.

С первым из перечисленных фазовых превращений связывают появление в сталях типа 18-10 склонности к межкристаллитной коррозии (МКК) — наиболее опасного вида коррозионного разрушения. Температурный интервал 500...800 °С — тот интервал, пребывания стали в котором следует избегать. Температурно-временные условия появления склонности стали к МКК в первую очередь определяются содержанием углерода, находящимся в твердом растворе. Например, сталь Х18Н12 при содержании 0,084 % С приобретает склонность к МКК уже при выдержке в интервале 750...800 °С в течение 1 мин, при содержании 0,054% С минимальное время для возникновения склонности к МКК составляет 10 мин, а при 0,021 % С — более 100 мин. При этом, чем меньше в

В интервале 500—950 °С в сталях происходит выделение карбидов типа Сг23Св по границам зерен (рис. 1.025). Скорость возникновения склонности к межкристаллитной коррозии зависит в первую очередь от содержания углерода в твердом растворе. Нестабилизированные стали марок 08Х18Н10, 12Х18Н9 и 17X18Н9 применяются в основном только после закалки или холодной пластической деформации для изделий, которые не подвергаются сварке или нагреву выше 450^—500 °С в процессе эксплуатации.

Сопоставление температур но-временных областей возникновения склонности к МКК и хрупкости показывает, что они не совпадают и влияние титана на эти процессы различно (рис. 1.27). Более детальное представление о природе МКК и хрупкости аустенито-ферритных сталей дают фазовый анализ выделяющихся вторичных фаз и исследование электрохимического поведения сталей в широком интервале потенциалов (рис. 1.28). В закаленном состоянии низкоуглеродистые или стабилизированные стали равноценны по токам растворения в пассивной области. Однако, по-видимому, предупреждение МКК путем снижения углерода предпочтительнее, так как низкоуглеродистые стали имеют более широкую область оптимальной запасенвированности (рис. 1.28, кривые /—5). Склонности к МКК соответствует ухудшение пас-

Представления о сегрегациях углерода и, частично, хрома на границах зерен были развиты Коломбье и Гохманом для объяснения с позиций теории обеднения возникновения склонности к МКК при весьма кратковременных нагревах в опасном интервале температур (например, при сварке). Благодаря наличию сегрегации углерода и хрома начальные стадии образования карбидов могут происходить без существенной диффузии этих элементов.

Образование хромсодержащих фаз не обязательно приводит к МКК. Действительно, области образования карбидов и возникновения склонности к МКК совпадают только частично, в области опасных температур процесс карбидовыделения начинается раньше, чем возникновение склонности к МКК (см. рис. 1.36). Различие в этих состояниях определяется тем, что для возникновения склонности к МКК необходимо образование взаимосвязанных или слаборазобщенных цепочек карбидов по границам фаз. Следовательно, наряду с природой выделяющихся фаз важна их морфология.

Для предупреждения возникновения склонности к МКК существует два основных метода — снижение содержания углерода или введение в сталь стабилизирующих элементов титана или ниобия. При этом речь идет не только о фактическом содержании углерода, титана или ниобия, а об их эффективном содержании, зависящем от содержания остальных легирующих элементов.

Выбор того или иного метода предупреждения МКК зависит от конкретных условий эксплуатации. В большинстве случаев, особенно для толстостенных аппаратов, следует отдать предпочтение низкоуглеродистым сталям, обеспечивающим отсутствие МКК в сварных соединениях как в зоне термического влияния, так и по линии сплавления основного и наплавленного металла. Однако температурная область применения низкоуглеродистых сталей ограничена вследствие возможности выделения карбидов и возникновения склонности к МКК при длительной эксплуатации при повышенных температурах.