ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Разрушение в условиях ползучести из "Работоспособность и долговечность металла энергетического оборудования " Определяя характеристики длительной прочности материала элементов энергетического оборудования экстраполяцией на заданный ресурс, нельзя не учитывать, что вид напряженного состояния наряду с уровнем напряжений и температурой необходимо рассматривать как один из эксплуатационных факторов, действующих в течение всего срока службы, который может вносить заметные коррективы в количественные оценки характеристик жаропрочности, получаемые по результатам испытаний на одноосное растяжение. [c.143] В большинстве работ экспериментальный материал не удовлетворяет необходимым требованиям, обеспечивающим достоверность оценок часто исследователи ограничиваются испытаниями малых серий образцов при двух, трех (кроме одноосного растяжения) видах напряженного состояния, очень редко встречаются испытания при двухосных растяжениях. [c.144] Например, по испытаниям [90] нельзя полу чить даже приближенные графики временной зависимости прочности для каждого вида напряженного состояния, поэтому можно говорить только о качественной оценке влияния напряженного состояния анализ результатов испытаний позволяет отметить тенденцию к снижению длительной прочности при двухосных равных растяжениях по сравнению с соответствующей характеристикой при одноосном растяжении. Более четкая картина выявлена результатами испытаний на длительную прочность двух никелевых сплавов [91 ]. Тонкостенные трубчатые образцы (внутренний диаметр 24 мм, толщина стенки 0,76 мм) испытаны под действием внутреннего давления и осевой силы. Разным сочетанием внешних нагрузок создавалось как одноосное, так и двухосное растяжение (о, 0). [c.144] При напряженном состоянии (01=0 а,=0,5ст Оз-О) зафиксировано снижение долговечности по сравнению с долговечностью при одноосном растяжении и соответствующих величинах главного нормального напряжения. Следовательно, переход от активного деформирования (кратковременный разрыв) к пассивному (ползучесть) не приводит к качественным изменения.м закономерностей влияния вида напряженного состояния на сопротивление разрушению, что является логическим следствием кинетической природы прочности твердых тел. [c.144] В [85] отмечалось, что с помощью критерия типа (4.10) были обработаны результаты многочисленных испытаний металлических материалов, включая технически чистую медь, перлитные и аустенитные стали, и никелевые сплавы. В большинстве случаев отклонение расчетных данных от экспериментальных не превышало 8%. Максимальное отклонение — около 12%. [c.144] При анализе структуры уравнений критериев прочности подчеркивается, что в исследуемые зависимости необходимо вводить специальные параметры, отражающие индивидуальные особенности материала. Особую роль такие коэффициенты приобретают при больших сроках службы, когда в процессе длительного воздействия температуры и внешних нагрузок могут изменяться как свойства материала, так и механизм развития процессов деформирования и зарождения и роста повреждений. Поэтому, планируя программу испытаний для оценки конструктивной жаропрочности, следует выявлять границы температурно-силовой области эксперимента, в которой сопротивление разрушению определяется физическими закономерностями, адекватными процессам, определяющим условия службы металла при длительной эксплуатации. В таких условиях обработка экспериментальных данных позволит получить правильные оценки коэффициентов как уравнении температурно-временной зависимости прочности, так и формул критериев длительной прочности. [c.145] Одним из показателей изменения закономерностей ползучести является, как отмечалось выше, характер разрушения при длительном разрыве переход от транскристаллитных трещин к порам по границам зерен. Последний процесс является типичным видом разрушения многих материалов энергомашиностроения в условиях длительных испытаний. [c.145] В качестве иллюстрации решения рассматриваемой задачи используем результаты исследования промышленной партии металла стали 15X1М1Ф, широко применяемой в стационарном энергомашиностроении [93]. Образцы всех серий испытаний были изготовлены из металла одной плавки, испытания проводились при одноосном растяжении и трех видах напряженного состояния. [c.145] Базовым испытанием являлось одноосное растяжение основная масса испытаний проведена на специальных цилиндрических образцах при четырех уровнях температуры 540, 565, 585 и 610 °С при 585 и 565 °С дополнительно испытана серия тонкостенных трубчатых образцов. Всего на одноосное растяжение испытано около 100 образцов с максимальным временем до разрушения более 30 000 ч. Такой обширный экспериментальный материал позволил выявить переломы на графиках длительной прочности (рис. 4.4). [c.145] По результатам испытаний цилиндрических образцов на одноосное растяжение были определены коэффициенты уравнения температурно-временной зависимости прочности [56]. [c.146] Сопоставление результатов испытаний на одноосное растяжение сплошных и трубчатых образцов при 565 °С дало удовлетворительное совпадение их долговечностей. Поэтому при оценке конструктивной прочности использованы результаты определения температурно-временной зависимости прочности, полученной обработкой результатов испытаний сплошных цилиндрических образцов. [c.146] Металлографическим анализом металла рабочей части трубчатых образцов установлена идентичность механизмов разрушения со сплошными образцами при одноосном растяжении. [c.147] Анализом результатов испытаний при сложном напряженном состоянии установлено, что изменение характера разрушения происходит при разных значениях времени до разрушения увеличение жесткости напряженного состояния ускоряет процесс развития порообразования. В соответствии с результатами металлографического анализа характера разрушения все испытания на длительную прочность при каждом виде напряженного состояния были разделены на две группы. [c.147] При кратковременном разрыве, когда можно пренебречь фактором времени, оценка е помощью того или иного критерия прочности величины дает ответ на вопрос о влиянии вида напряженного состояния на сопротивление разрушению. В условиях ползучести влияние вида напряженного состояния на долговечность можно определять с помощью уравнений температурно-силовой зависимости прочности, используя в качестве напряжения величину Тэкв- Все критерии прочности выражают зависимость о-э в от характеристик напряженного состояния при Т= onst, что сужает область применения уравнения долговечности. [c.148] В [93] изложен способ конструирования уравнения долговечности типа (3.1) при учете того, что влияние вида напряженного состояния можно отразить через параметр, соответствующий активационному объему. Этот метод не дает общего рещения задачи, так как предполагает зависимость активационного объема как от вида напряженного состояния, так и от температуры испытания. [c.148] Температурную зависимость коэффициента Л можно частично отразить с помощью показателя степени т/Т уравнения (3.1). [c.149] Для того чтобы уравнение (3.1) отражало влияние вида напряженного состояния на долговечность, следует в предэкспо-ненциальной функции этого уравнения в качестве напряжения использовать полное выражение о-д в виде формулы (4.13), а в экспоненциальную функцию в качестве множителя при активационном объеме ввести оу,- Коэффициент Я критерия прочности (4.13) и параметр у уравнения (3.1) отражают влияние одного и того же фактора, неоднородность структуры и не зависят от температуры. [c.149] Изменения величины параметра ехр [Л г]- )] в пределах исследуемых видов напряженного состояния, как правило, незначительны. Поэтому в экспоненциальной функции уравнения (3.1) допустимо в первом приближении предположение, что ехр [Л т]- ) onst, и, следовательно, произведение ехр можно представить в виде одного коэффициента. [c.149] Предварительно по результатам испытаний при сложном напряженном состоянии следует оценить с помощью формулы (4.14) величину коэффициента Д), а при последующей совместной статистической обработке результатов всех испытаний уточнить эту оценку. [c.149] Вернуться к основной статье