ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Определение характеристик жаропрочности материалов из "Работоспособность и долговечность металла энергетического оборудования " Работоспособность жаропрочных материалов в значительной степени зависит от сопротивления деформированию и разрушению при ползучести, а также от деформационной способности при ддитедьном разрыве. От характеристик пластичности зависит способность материала выравнивать напряжения в зоне их концентрации, ослаблять влияние кратковременных перегрузок, и, наконец, исчерпание деформационной способности приводит к преждевременным разрушениям. [c.67] Срок службы современных энергетических установок в зависимости от их назначения изменяется от нескольких тысяч до 250 000—300 000 ч. Проведение испытаний на ползучесть длительностью, близкой к сроку службы, является технически трудоемкой и дорогостоящей задачей и значительно отдаляет срок промышленного внедрения новых жаропрочных материалов, используемых в современных энергетических установках. В связи с этим существует необходимость прогнозирования характеристик прочности и пластичности на заданный ресурс по результатам испытаний ограниченной длительности. [c.67] При прогнозировании следует отдавать предпочтение методам, предусматривающим не только оценку отдельных характеристик жаропрочности, но и возможность аналитического описания процесса ползучести в целом. В этом случае возникает ряд преимуществ возможность построения первичных кривых ползучести и изохромных кривых для разных временных баз, включая заданный ресурс, которые необходимы для расчета на прочность с учетом ползучести [54], оценивать релаксационную стойкость материала (без проведения специальных испытаний), от которой зависит способность нивелирования напряжений в зонах концентрации, и рассчитывать долговечность по заданной величине деформации ползучести, т. е. оценивать степень исчерпания заданного срока службы по величине накопленной деформации ползучести. [c.67] Рещение такой задачи осуществляется с помощью уравнений феноменологического типа, в которых в максимально возможной степени статистически отражен суммарный эффект влияния основных физических закономерностей пластического течения и разрушения металлических жаропрочных материалов. [c.67] В документах стандартизации указаны минимально необходимый объем испытаний и методика обработки экспериментальных данных. [c.68] На малых временных базах, когда время до разрушения составляет несколько десятков или сотен часов, наблюдается наибольшее рассеяние характеристик жаропрочности (см., например, рис. 3.1). Кроме того, при высоких напряжениях действуют, как правило, иные механизмы ползучести, чем при напряжениях, близких к рабочим. Поэтому при прогнозе на срок 100 000 ч и более результаты испытаний со временем до разрушения менее 500 ч необходимо исключать из рассмотрения при экстраполяции на заданный ресурс. [c.68] Из кинетической концепции процесса разрушения [57] следует, что в основе разрушения лежат последовательные элементарные акты распада межатомных связей. Для сложнолегированных гетерогенных жаропрочных сплавов трудно (если вообще возможно) оценить межатомные силы связи твердого раствора, на которые влияют легирующие элементы и степень легирования. Нельзя также не учитывать возможного влияния на закономерности зарождения и развития повреждений диффузных процессов, особенностей дислокационной структуры и других факторов. В этих условиях оценка параметров уравнений долговечности должна базироваться на методах, позволяющих отразить все особенности развития процесса деформирования и разрушения в пределах анализируемой температурно-силовой области службы металла в интегральной форме. [c.69] Ползучесть—накопление пластической деформации и повреждений во времени — по своей природе явление статистическое, и характеристики жаропрочности подчиняются законам теории вероятности [59]. [c.69] Разрушение металла рабочей части макроскопических образцов является результатом действия всех механизмов ползучести, т. е. определяется совокупностью влияний микромеханизмов, получивших развитие в рассматриваемых условиях службы металла (напряжение—температура). [c.69] Математическая обработка результатов испытаний на ползучесть может гарантировать объективное определение оптимальных значений искомых параметров уравнения (3.1), через которые получает отражение вклад каждого микромеханизма в развитие пластической деформации и повреждений в пределах рассматриваемой температурно-еиловой области. В том случае, когда оптимальному решению соответствуют варианты п=т=0, уравнение (3.1) преобразуется с формальной точки зрения в уравнение типа уравнения С. И. Журкова [57]. [c.70] Однако следует подчеркнуть принципиальное различие между этими уравнениями. [c.70] В уравнении С. И. Журкова предэкспоненциальный множитель и параметр имеют вполне определенный физичеекий смысл межатомные силы связи, определяющие энергию активации разрушения, отражает энергия сублимации — вполне определенная константа материала, а в уравнении (3.2) соответствующий коэффициент Ь представляет средневзвешенное значение эффективной (кажущейся) энергии активации процесса разрушения в пределах исследованных режимов службы металла. [c.70] В качестве иллюстрации целесообразности применения этого метода представлены итоги математической обработки трех плавок никелевого сплава и трех низколегированых перлитных сталей, содержащих хром, молибден и ванадий, используемых в стационарном энергомащиностроении. [c.71] Коэффициенты уравнений (3.2)—(3.4) определяются путем статистической обработки результатов испытаний с применением ЭВМ. Если коэффициенты /и и фиксировать, то обычным для метода наименьщих квадратов приемом получают систему трех линейных (относительно неизвестных а, e и с) уравнений, решением которой получают в явном виде значения искомых величин а, Ь, с. Изменяя дискретно значения коэффициентов тип, путем перебора (сравнением соответствующих сумм квадратов отклонений по осям lg p, IgTp или lg H и выбором наименьшей) находят оптимальные значения всех коэффициентов. В [62] изложен метод ручной обработки с помощью обычных настольных вычислительных машин. [c.72] Анализ результатов обработки экспериментальных данных показал, что практически для всех жаропрочных сталей и сплавов, применяемых в стационарном энергомашиностроении, оптимальное значение я=2, а /и=/И1=2400. [c.72] Используя правую часть формулы (3.5), рассчитывают параметрическую кривую, отражающую зависимость параметра от напряжения, и находят по этой кривой предел длительной прочности (Тд п по параметру Р , рассчитываемого для заданных срока службы Гр и температуры Т. [c.72] Коэффициент (квантиль распределения Стьюдента) зависит от числа образцов и принятой доверительной вероятности д. Таким же методом получают формулы для расчета параметрических кривых скорости ползучести и характеристики пластичности и строят обобщенную параметрическую диаграмму для исследуемой партии металла. [c.73] Известно [63], что если определение пределов длительной прочности по результатам испытаний гладких образцов сопровождать измерением пластичности при длительном разрыве, то можно значительно повысить оценки работоспособности материалов паросиловых установок. [c.73] Определяя по обобщенным параметрическим диаграммам сопротивление разрушению и характеристики пластичности при длительном разрыве для заданного срока службы и температуры, можно выявить оптимальное сочетание характеристик жаропрочности и установить наиболее благоприятные условия службы металла. [c.74] Рассмотрим параметрические диаграммы длительной прочности и пластичности партий металла ряда марок стали стационарного машиностроения. [c.74] Вернуться к основной статье