ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние структуры на трещиностойкость материала из "Работоспособность и долговечность металла энергетического оборудования " В условиях эксплуатации при повышенных температурах большинство материалов, применяемых в энергоустановках, термически нестабильны. Кроме того, применяемые материалы имеют широкую гамму структур в исходном состоянии. В связи с этим при длительной эксплуатации снижение ресурса материала при ползучести и высокотемпературной малоцикловой усталости может произойти за счет падения длительной прочности в результате существенного уменьшения сопротивляемости развитию трещин. Наряду с использованием при оценках ресурса критериев длительной прочности в настоящее время дополнительно разрабатываются критерии трещиностойкости материала (28, 29, 30]. [c.63] Снижение характеристик трещиностойкости с увеличением длительности эксплуатации связано с изменениями физико-химического состояния материала и свидетельствует о необходимости получения системы критериев трещиностойкости и изучения влияния различных структурных факторов на эти критерии. [c.63] Важнейшими микроструктурными процессами, влияющими на параметры трещиностойкости, являются деформационные процессы и накопление повреждений, выделение вторичных фаз и характер их изменений, процессы возврата и рекристаллизации. Уровень трещиностойкости зависит также от исходной структуры стали, в частности для хромомолибденованадиевых сталей — от доли объемов с фазово-наклепанной структурой. [c.64] Прежде всего уровень трещиностойкости стали зависит от содержания в ней примесей [49]. Методы выплавки, обеспечивающие снижение суммарного содержания примесей, позволяют получить стали с высокой трещиностойкостью. Нейтрализация вредного действия примесей может быть получена за счет дополнительного микролегирования такими элементами, как Т1, 2г, которые, находясь в твердом растворе, подавляют диффузию примесей в границы зерен, повышая тем самым трещино-стойкость. Большое влияние на трещиностойкость оказывают частицы вторичных фаз. [c.64] В [50] рассмотрено влияние степени легирования хромомолибденованадиевой стали молибденом на трещиностойкость в условиях ползучести. Установлено, что повышение концентрации молибдена в стали с 0,2 до 0,9% приводит к постепенному снижению трещиностойкости за счет выделения карбида М23С6, причем содержание молибдена и других карбидообразующих элементов вблизи трещины в 2—4 раза больше, чем вдали от нее. [c.64] Одним из основных параметров трещиностойкости является скорость роста трещины. На скорость роста трещины оказывают влияние как величина и характер пластической деформации, так и степень микроповрежденности впереди фронта распространения трещины. Так, в гибах паропроводов при одном и том же уровне коэффициента интенсивности напряжений А скорость роста трещин зависит от исследованной зоны. Максимальной скоростью роста трещин обладает металл растянутой зоны гибов, минимальные значения отмечаются в сжатой зоне. Нейтральная зона характеризуется промежуточными значениями скорости роста трещин ползучести. [c.64] Наклеп резко увеличивает скорость вьщеления карбидных и интерметаллидных фаз. Особенности формирования поля напряжений и деформаций в устье трещины приводят к тому, что при медленном ее росте впереди фронта трещины образуются крупные карбидные частицы. [c.64] На скорость роста трещин оказывает влияние форма границ. Микроструктура с волнистыми границами, закрепленными дисперсными карбидами, и со ступенчатыми границами обладает более высоким сопротивлением распространению трещин ползучести [51, 52]. [c.65] Скорость роста трещины является основным фактором, определяющим долговечность толстостенных корпусных литых деталей, работающих в условиях ползучести. Окончательная оценка долговечности таких деталей проводится на основе определения параметров трещиностойкости. С учетом этих обстоятельств проведены исследования кинетики роста трещин ползучести в стали 15X1МФЛ с различным структурным состоянием [28]. Исследования проводились при температурах 515—615 °С и длительности нагружения 4 10 — 4 10 ч. [c.65] На рис. 2.10 представлена кривая зависимости скорости роста трещин ползучести от коэффициента К для стали 15Х1М1ФЛ с феррито-карбидной и фазово-наклепанной структурой отпущенного бейнита. Трещиностойкость металла с преобладанием ферритной структуры выше, что связано с уровнем длительной пластичности стали ]30]. [c.65] Исследования структуры, механических свойств и поврежден-ности более 100 единиц основных корпусных деталей турбин, в которых в течение длительного времени образовывались трещины, показали, что имеется связь повреждаемости отливок с микроструктурой. [c.66] Структура отливок из стали 20ХМЛ, в основном, состоит из зерен феррита и 20—30% зерен перлита. В 40% случаев ферритоперлитная структура имеет видманштеттовую ориентацию. Основное влияние на скорость роста трещин оказывает средняя величина зерна. Так, в деталях, поврежденных трещинами, с крупнозернистой структурой (1—3 балл по ГОСТ 5639-82), трещины глубиной 10 мм и более составляет 95% случаев, в то время как в металле с величиной зерна, соответствующей 4—5 баллу, такие трещины наблюдаются лишь в 60% случаев. [c.66] Литые корпусные детали из стали 15Х1М1ФЛ имеют бейнит-ную или феррито-бейнитную структуру с различным объемным содержанием зерен отпущенного бейнита. [c.66] Анализ повреждаемости отливок с различной структурой показал, что в металле со структурой отпущенного бейнита 56% поврежденных отливок имеют трещины глубиной 25 мм и более. В отливках, в структуре которых присутствует от 30 до 70% феррита, количество отливок с глубокими (свыше 25 мм) трещинами составляет 20% случаев. [c.66] Определение кратковременных механических свойств металла поврежденных отливок показало, что не обнаруживается связи трещиностойкости металла с прочностными свойствами в пределах наблюдаемого разброса свойств. Вместе с тем, отливки из стали 20ХМЛ с пониженными значениями ударной вязкости характеризуются также пониженной трещиностойкостью. [c.66] Таким образом, структурный фактор оказывает существенное влияние на жаропрочность и трещиностойкость металлических материалов. Учет этого фактора при прогнозировании долговечности элементов энергетических установок позволяет значительно повысить точность прогнозирования и соответственно увеличить срок службы оборудования. [c.66] Вернуться к основной статье