ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ползучесть, длительная прочность и релаксация из "Прочность паровых турбин Изд.2 " Ползучестью, или крипом, называют свойство металла непрерывно и медленно пластически деформироваться, т. е. получать непрерывно нарастающую остаточную деформацию, при неизменном напряжении. Это неизменное в процессе ползучести напряжение обычно значительно ниже предела текучести при той же температуре. В металлах, применяемых для изготовления основных деталей паровых турбин, процесс ползучести имеет значение лишь при высоких температурах. Для каждой стали эта температура индивидуальна. Несмотря на относительно высокую температуру плавления, сплавы титана обнаруживают склонность к ползучести даже при комнатной температуре [24, 117]. [c.14] Изменение размеров ползущего металла влечет за собой появление микропустот и микротрещин, развитие их в течение длительного времени, концентрацию напряжений около этих трещин, ослабление поперечного сечения образца и, в заключение, его разрыв [47, 54]. [c.14] Начальную стадию ползучести, так называемый первый этап, характеризует участок кривой ВГ. На протяжении этого этапа скорость-возрастания деформации постепенно уменьшается. Второй этап процесса ползучести характеризуется участком ГД кривой ползучести. На его протяжении деформация протекает с постоянной скоростью ползучести. На этом этапе процессы упрочнения и разупрочнения приблизительно компенсируют один другого. В сталях, широко применяемых в. паровых турбинах, прямолинейный участок (ГД) может наблюдаться в-течение многих десятков тысяч часов работы. [c.15] Третий, последний, этап ползучести характеризуется участком Д/С кривой ползучести. На этом участке протекают два процесса. Первый, из них связан с ползучестью металла, второй — с его разрушением. Первый процесс изображается участком ЦЕ, когда возрастание скорости деформации характеризует третий этап ползучести, а второй — участком ЕК. кривой, когда пластическая деформация нарастает при интенсивном разрушении металла, связанном с достижением размеров трещин критической величины. На протяжении участка Д металл еш е способен работать. [c.15] Уравнения, описывающие процесс ползучести, составляют или подбором эмпирических формул, удовлетворяющих экспериментальным данным, или математической интерпретацией гипотез о механизме ползучести. В последнем случае обязательна экспериментальная проверка. [c.16] Пределом ползучести стали при данной температуре называют напряжение, при котором непрерывно увеличивающаяся остаточная деформация, при заданном времени, достигнет назначенной величины. Очевидно, что предел ползучести — величина условная. При прочих равных условиях (температура, марка металла и суммарная остаточная деформация) он может изменяться в зависимости от принятого вре-менп. Точно так же можно варьировать величину суммарной деформации при неизменном времени. При расчете деталей паровых турбин за предел ползучести принимают напряжение, которое вызывает деформацию, равную 1% за 100 000 ч. Это соответствует скорости ползучести, равной 10 мм/(мм-ч) или, что тождественно 10 %/ч. Необходимо всегда учитывать то обстоятельство, что при длительности нагрузки в 100 000 ч разрушение хромомолибденовых, хромомолибденованадиевых и аналогичных сталей наступает при относительной малой суммарной деформации ползучести, иногда составляющей всего 2—4%. Для углеродистой стали эта деформация достигает 10% [12, 47, 105]. [c.16] Периодические нагревы и охлаждения в условиях ползучести могут привести к снижению предела ползучести. При малых напряжениях, вызывающих скорость ползучести порядка 10 мм/(мм-ч), циклические колебания температуры могут заметно увеличить скорость ползучести. Эти колебания усиливают процессы старения. Циклические колебания температуры снижают предел ползучести на 15—25% [12, 25, 47, 134]. Это следует принимать во внимание при проектировании. Расчет на ползучесть деталей, работающих в условиях ползучести при сложнонапряженном состоянии, например дисков, может быть произведен с использованием характеристик испытаний на ползучесть образцов при одноосном растяжении. Однако предел ползучести, определяемый на малых стандартных лабораторных образцах, может отличаться от предела ползучести, полученного на более крупных образцах. Опыты показывают, что образцы большой длины имеют меньшую скорость ползучести, чем короткие (при равных напряжениях). [c.16] Даже при выборе большой базы испытаний на ползучесть (и длительную прочность), равной 10 000 ч, экстраполяция на 100 000 ч дает не вполне надежные результаты [12, 47]. Следует особо отметить, что все расчеты на ползучесть в паротурбостроении выполняют для ресурса 100 000 ч. Весьма желательно перейти к использованию в расчетах величины предела длительной прочности, полученной экстраполяцией до 200 000 ч. Однако до настоящего времени это не получило распространения. [c.16] ОКОЛО 20 ООО ч и более. Однако и эти величины дают некоторый разброс Не менее важны сведения о способности стали к пластическому дефор мированию и об отсутствии склонности к старению. [c.17] Оценка прочности основных деталей паровых турбин не ограничивается сопоставлением истинных напряжений с пределом ползучести. При малых величинах суммарной деформации за период испытаний последние не дают представления о предельной способности металла к пластической деформации при ползучести. Последнее обстоятельство очень важно, так как эта деформация для большинства сталей очень ограничена [54, 64, 105, 117]. Вследствие этой и других причин обязательно проводят испытания на длительный разрыв, когда образцы доводят до третьей фазы ползучести. За основной критерий длительной прочности данной стали или сплава, при данной (постоянной) температуре, принимают предел длительной прочности напряжение, вызывающее разрушение по истечении заданного срока. Для деталей паровых турбин, как правило, предел длительной прочности определяется для 100 ООО ч работы. [c.18] В ряде случаев для установления критерия прочности нестабильных металлов требуются испытания длительностью до 10 000 ч и более (для обоснования экстраполяции на 100 000 ч). Можно указать, что для установления зависимости между сроком службы металла и температурой Ларсон и Миллер [163] предложили определенную параметрическую зависимость. Однако этот метод является приближенным, и применять его следует с большой осторожностью, особенно при пересчетах на температуру, отличающуюся от экспериментальной больше, чем на 50° С. [c.18] Длительную прочность определяют как на гладких образцах, так и на образцах с надрезом. Последнее особенно важно при расчете деталей, имеющих формы элементов, близкие к надрезу образца. [c.18] Результаты исследований [12, 47] позволяют рекомендовать при расчетах деталей, работающих в условиях малых циклических колебаний температуры, значения предела длительной прочности, полученные при максимальной постоянной температуре цикла. Весьма желательно находить пределы ползучести и длительной прочности в паровой среде. [c.18] Релаксацией называют процесс уменьшения во времени напряжений, возникающих в результате нагружения детали. Латинское слово relaxatio означает ослабление, облегчение. В металловедении [12, 111, 123] релаксацией называют самопроизвольно затухающее падение напряжения в образце при заданной деформации. Релаксацию напряжений при постоянной деформации называют простой релаксацией. [c.18] Характерным примером развития процесса релаксации является работа шпилек и болтов фланцевых соединений турбин горизонтального разъема, клапанов и т.д., когда напряжение, вызванное первоначальной затяжкой шпилек, будет со временем уменьшаться вследствие того, что часть упругой деформации будет переходить в остаточную. Процесс релаксации напряжений сказывается также в ослаблении со временем натяга турбинных дисков, в ослаблении натяга пружин уплотнений. Скорость релаксации пропорциональна величине действующих в данный момент напряжений. [c.18] Пластическая деформация детали в местах перенапряжения может привести к релаксации в них напряжений, и тем самым [111] в значительной степени замедлить (или даже приостановить) процесс развития трещин. Релаксация и перераспределение напряжений могут в результате уменьшить остроту надреза вследствие пластической деформации у его вершины. Явление релаксации особенно эффективно проявляется при высоких температурах. [c.19] Кривая релаксации (рис. 4) имеет два отчетливо выраженных участка первый, характеризующийся резким падением напряжений (левая ветвь) и второй — замедленным падением напряжений (правая ветвь). На втором участке кривая асимптотически приближается к оси абсцисс. [c.19] Вернуться к основной статье