Трещины ползучесть

Техническое перевооружение и реконструкция электростанций в целях создания технического уровня их эксплуатации, повышения надежности, экономичности и ресурса действующих и вновь проектируемых энергетических установок являются важнейшими задачами энергомашиностроения на современном этапе научно-технического прогресса. Необходимые показатели надежности невозможно получить без использования основных достижений в области материаловедения и физики металлов в части разработки методов индивидуальной диагностики надежности и ресурса конструкционных материалов с учетом их фактического состояния. Любая конструкция с точки зрения надежности, должна сохранять способность воспринимать значительные нагрузки при наличии повреждений. Возникающие в деталях энергооборудования повреждения могут быть усталостными трещинами, трещинами ползучести, трещинами, связанными с коррозионным растрескиванием. В обеспечении надежности играет роль разработка систем диагностики состояния металла. Выбор материала, обеспечение его высокой трещиностойкости и разработка системы диагностики вновь вводимого оборудования проводятся с учетом результатов анализа повреждаемости аналогичных узлов длительно работающего оборудования. [c.3]

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]

Следовательно, развитие дефектов типа трещин происходит следующим образом субкритический рост трещины ползучести при стационарном режиме и хрупкое разрушение при пусках. Кроме того, некоторое подрастание трещин может иметь место и вследствие усталостного нагружения (до 10 тыс. ч) при пиковых режимах работы. [c.230]

Одна из наиболее популярных тем в подавляющей части современной литературы - глубокое воздействие среды на свойства суперсплавов. К числу последствий такого воздействия относятся коррозионное растрескивание под напряжением, водородное охрупчивание в водных и высокосернистых средах, рост усталостных трещин и трещин ползучести при взаимодействии с газовыми средами, содержащими кислород, серу или другие активные химические агенты при повышенных температурах. Мы будем тщательно анализировать ухудшение свойств под влиянием среды, поскольку придаем большое значение этому явлению при проектировании и эксплуатации суперсплавов и при изучении природы их разрушения. [c.309]

На базе положений механики разрушения проведено множество исследований роста трещин ползучести и усталости. В целом результаты этих работ позволяют предположить, что поведение высокопрочных сплавов в условиях ползучести можно характеризовать величиной К. Для характеристики поведения нержавеющих сталей и теплостойких сплавов в тех же условиях более приемлем, по-видимому, параметр с. При усталостном нагружении для обоих типов материалов приемлемым представляется параметр К или LK. [c.322]

При промежуточных температурах рост трещин ползучести в сплавах, упрочненных старением, по-видимому, всегда будет межзеренным. Нередко сообщают о пороговом напряжении К, ниже которого трещины не растут. Величины К могут быть очень низки. На рис. 9.6 применительно к сплаву 718 дано сравнение величин К, измеренных при обычном испытании на вязкость разрушения с возрастающей нагрузкой, и пороговых значений К, соответствующих испытаниям при неизменной нагрузке [16], Видно, что величина К снижается на порядок и ее пороговое значение составляет 22 МПа-м 1 [c.322]

Если значение К выше порогового, скорость роста трещин ползучести часто можно выразить как [c.322]

Параметр a et выражает номинальное напряжение, рассчитываемое делением растягивающей нагрузки на площадь сечения в надрезе и является средним напряжением, действующим в этом сечении. Однако этот параметр не характеризует распределения напряжений ползучести вблизи вершины трещины. Параметр J называют [45, 48] скорректированным J-интегралом, его определяют путем замены смещения или деформации в предложенном Райсом [47] J-интеграле на скорость смещения при ползучести или скорость деформации при ползучести. Этот интеграл позволяет распространить однозначное соответствие между коэффициентом интенсивности неупругих или пластических напряжений и коэффициентом интенсивности упругих напряжений К, устанавливаемое с помощью J-интеграла, на проблему трещины ползучести. [c.167]

Рис. 5.46. Соотношения между скоростью распространения трещины ползучести в тонколистовых образцах из малоуглеродистой стали при 400 °С и коэффициентом К (а) или напряжением (б) [57 1

Условия эксплуатации конструкций и деталей машин не ограничены случаем одноосного напряженного состояния, когда только растягивающая нагрузка действует перпендикулярно оси трещины. Во многих случаях возникает плоское или объемное напряженное состояние. В настоящее время исследования распространения трещины ползучести при многоосном напряженном состоянии экспериментально практически не проводятся. Ниже описаны результаты [61, 62] испытаний на распространение трещины ползучести при совместном воздействии растяжения и кручения, проведенных авторами в качестве попытки экспериментального исследования проблемы. [c.179]

Рис. 5.55. Результаты испытаний на распространение трещины ползучести а технически чистой меди при сложном напряженном состоянии, вызванном растяжением и кручением (400 °С, на воздухе) [61, 62]

На рис. 5.55 показано соотношение между скоростью распространения трещины и полудлиной трещины I. Напряжение Og = = т/а + Зт является эквивалентным напряжением Мизеса. Из приведенных результатов следует, что при постоянном максимальном главном напряжении скорость распространения трещины при комбинированном нагружении растяжением — кручением больше, чем при одноосном растяжении, а при чистом кручении (т. е, при уравновешенном двухосном растяжении — сжатии) больше, чем при указанном комбинированном нагружении, Следовательно, если действует напряжение сжатия a g, параллельное трещине, то даже при постоянном напряжении дальнего порядка, направленном перпендикулярно оси трещины, скорость dl/dt увеличивается, причем увеличивается тем больше, чем больше o g по абсолютной величине. В связи с этим можно предположить, что при растяжении напряжение a g, наоборот, уменьшает эту скорость. Таким образом, на распространение трещины ползучести оказывает влияние несингулярное поле напряжений, параллельное трещине сопротивление ползучести образцов с трещиной нельзя считать обусловленным максимальным главным напряжением. [c.180]

Авторы на основе теории конечных деформаций промоделировали [50, 58, 65—67] распространение трещины ползучести в плоском образце с центральной трещиной методом конечных элементов. При расчетах были приняты следующие допущения. [c.183]

Рис. 5.56. Соотношение между скоростью распространения трещины ползучести, определенной методом конечных элемен-тов и напряжением у вершины трещины [50, 67]

Однако в том случае, когда условия образования трещины и предельную скорость ее распространения можно количественно выразить с помощью одного из указанных параметров, появляется возможность физического истолкования этого параметра в связи с разрушением. Таким образом, механика разрушения постепенно становится все более эффективным средством анализа в результате совместного проведения комплексных и аналитических исследований разрушения материалов. В японской литературе научные и практические проблемы, физический смысл параметров, предыстория развития механики разрушения рассматривались неоднократно [68—78]. Поэтому авторы обсуждают в данном разделе только возможность использования скорректированного J-яя-теграла (/-интеграла ползучести) применительно к проблеме распространения трещины ползучести. [c.186]

В разделе 5.3 показано, что для многих пластичных материалов такие параметры механики разрушения, как коэффициент интенсивности напряжений К и номинальное напряжение в сечении нетто не являются параметрами, описывающими скорость распространения трещины ползучести. Напротив, скорректированный У-интеграл (У-интеграл ползучести /) является таким параметром. Кроме того, установлено, что и при ползучести в случае изменения напряжения переходная скорость распространения трещины также соответствует величине J (см. рис. 5.54). В связи с этим ниже рассматривается возможность применения параметра j и для анализа распространения трещины при зависящей от времени усталости. Для исследования использовали образцы типа N -M (см. рис. 5.49, а) из нержавеющей стали 316 цикл напряжения и частота нагружения указаны на рис. 6,28, v = = 0,1 цикл/мин. Способ определения У-интеграла ползучести в этом случае (рис, 6.31) заключается в том, что деформацию в пр.о цессе полуцикла растяжения считают равной направленной деформации ползучести измеряя раскрытие центра трещины V, происходящее в период выдержки напряжения, определяют скорость раскрытия V по наклону линий на диаграмме V — t. Величину/ оценивают с помощью уравнения, аналогичного уравнению [c.216]

Трещины ползучести (IV типа) [c.83]

При ремонте с нарушением регламентированной технологии, когда подварочный шов не перекрывает ремонтируемый шов полностью, слабым местом будет точка С в разупрочненном участке старого шва (эксплуатационное повреждение в виде типичной трещины ползучести энергично будет развиваться по старому шву, см. рис. 2.13, б). [c.285]

В случае трещины ползучести в элементах объема происходит одностороннее неупругое деформирование с возрастающей скоростью. При циклическом нагружении — знакопеременное течение на фоне некоторого одностороннего накопления деформации, связанного с постепенным раскрытием трещины. При циклическом нагружении с выдержками, как следует из реологических свойств материала, оба процесса — знакопеременное течение и прогрессирующее накопление деформации — могут значительно интенсифицироваться при тех же внешних воздействиях. Об этом свидетельствуют и факты существенного (до двух порядков) изменения скорости роста трещины в зависимости от характера цикла нагружения при данном ее размахе. Таким образом, процесс распространения трещины представляет собой специфическую форму малоцикловой усталости. Добавим, что, пока он устойчив, энергетические соображения могут иметь второстепенное значение (не доставляющее новой информации) почти вся поступающая с приложенными нагрузками энергия рассеивается в связи с неупругим деформированием, и, по-види-мому, лишь существенно меньшая ее часть расходуется на изменение потенциальной энергии упругой деформации в детали. Это процессы обычные для любой неупругой конструкции. [c.251]

В процессе эксплуатации деталей и изделий возникают различные, характерные для данных условий работы, дефекты. К ним относятся усталостные трещины, трещины термической усталости, трещины ползучести, различные виды коррозионного разрушения и др. (природа их возникновения изложена в соответствующих разделах пособия). [c.25]

Согласно [48] предельное состояние тел с трещинами в условиях ползучести характеризуется двумя поверхностями вязкости разрущения пороговой, отвечающей началу медленного роста трещины, и критической, связанной с неустойчивым быстрым распространением трещины. Между указанными областями находится область медленного роста трещин ползучести. Нагружение в области параметров трещиностойкости ниже пороговых не приводит к развитию трещин в заданном температурновременном интервале. Пороговые и критические значения вязкости разрушения определяются температурно-временньвщ условиями эксплуатации и с увеличением длительности эксплуа- [c.63]

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]

Рис. 2.10. Зависимость скорости роста трещин ползучести от коэффициента интенсивности напряжений К1 для стали 15Х1М1ФЛ [28 а — отпущенный бейнит б — феррит и карбиды

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]

Рис. 7.10. Трещины ползучести в слое низкого сопротивления деформации в месте сварки сплава RexSOO с 2% Сг, 1% Мо сталью

Ранее мы отмечали, что при промежуточных температурах различные газовые среды оказывают ускоряющее влияние на рост трещин ползучести и усталости. Согласно ряду наблюдений поведение трещин при более высоких температурах нередко совпадает с поведением трещин при более низких температурах в водной среде. Например [И], у сплава X-750 характер коррозии под напряжением в паро-водородной смеси при 399 °С совпадал с таковым в водной среде реактора на сжатой воде при более низких температурах. Очень важно понять природу и особенности повреждающего действия [c.317]

Исследованиями роста трещин в суперсплавах показано, что воздух, точнее, кислород может существенно ускорить рост трещин ползучести или усталости по сравнению с их ростом в вакууме или в инертных средах. На рис. 9.7 показано, что у сплава 718 при 640 °С скорость роста трещины на воздухе примерно в 100 раз превышала эту скорость в среде гелия [18]. Сульфидосодержащие среды -оказывают еще более пагубное влияние. Если в гелиевую среду ввести очень малые количества HjS или SO2 растрескивание становится очень быстрым. Если к сульфидосодержащим средам добавляют соль, как это имеет место в смешанных средах, вызывающих горячую коррозию, повреждающее воздействие сульфидов значительно возрастает. Известно, что сера образует с никелем легкоплавкую эвтектику. Однако нет никаких дч- [c.324]

Статическое нагружение Трещины однократного нагружения (хрупкие, вязкие) трещины замедленного разрушения трещины ползучести коррозионное поражение металлов крррозионное растрескивание водородная хрупкость [c.159]

Трещины ползучести. Разрушение деталей после пластического течения их материала под воздействием постоянного напряжения при относительно высоких температурах называется разрушением от ползучести. Для ползучести характерным является множественное трешинообразование. [c.159]

К механическим параметрам, с успехом применяемым в настоящее время для анализа результатов испытаний на распространение трещины ползучести, относятся коэффициент интенсивности упругих напряжений К, напряжение в сечении нетто Ojijt скорректированный У-интеграл (У ). [c.167]

Влияние уровня напряжений На рис. 5.42 в двойных логарифмических координатах представлено соотношение между скоростью распространения трещины dUdt и коэффициентом концентрации упругих напряжений /С, характеризующее результаты экспериментов на распространение трещины ползучести при растяжении (см. рис. 5,37), полученные на плоских образцах с центральной трещиной. Коэффициент К рассчитывают по уравнению [c.168]

Ph . 5.45. Соотношения между скоростью распространения трещины ползучести и скорректированным 7-интегралом (а) и между скоростью распространения трещины, отнесенной к ширине образца, и напряжением (б) в плоских образцах с центральным и двусторонним надрезами из стали SUS 304 при 650 °С (1 — по данным Одзи с сотр.) [c.171]

На рис. 5.54 показана зависимость, характеризующая скорость распространения трещины ползучести в случае увеличения или уменьшения нагрузки в процессе распространения трещины. Испытания проводили на тонкостенных цилиндрических образцах (тип М, рис. 5.49, а) из стали SUS 316. Из рис. 5.54, а следует, что если увеличить напряжение от 166,7 до 196,1 МН/м , то наблюдается переходный период, когда скорость распространения трещины почти в 10 раз выше, чем при постоянном напряжении 196,1 МН/м , Затем скорость постепенно уменьшается и становится равной скорости при постоянном напряжении. Напротив, если резко уменьшить напряжение, то скорость распространения трещины также резко уменьшается, а затем постепенно увеличивается. Это явление чрезвычайно сходно с изменением скорости ползучести гладких образцов, обусловленным изменением напря- [c.178]

Рис. 5.54. Влияние изменения нагрузки на скорость распространения трещины ползучести (а, 6) в стали )8Сг —I2NI—Мо [58, 60]

Аналитическое исследование распространения трещины ползучести выполнено [45] с учетом экспериментальных данных, описанных в разделе 5.3.2. Из приведенных выше результатов испытаний установили, что наиболее эффективным критерием, описывающим скорость распространения трещины, является скорректированный J-интеграл /-интеграл ползучести). Поэтому этот критерий используется и при аналитическом исследовании условий распространения трещины. [c.181]

Одзи с сотр. [45, 48, 63, 64] выполнил анализ распространения трещины ползучести, основываясь на предположении о сингулярном поле напряжений. В этом случае [c.181]

На рис. 6.59 приведены результаты исследования роста трещины в процессе выдержки при постоянной деформации в сплаве Hastelloy X. Частота нагружения в непрерывном цикле (без выдержки) v = 0,1 цикл/мин, в этот период обнаруживается описанное [72] в разделе 6.2.3 зависящее от времени нагружения распространение усталостной трещины. Приведенные результаты можно интерпретировать таким образом, что при выдержке в продолжение указанного циклического нагружения происходит рост трещины ползучести. Штриховая линия на этом рисунке является кривой распространения трещины ползучести, рассчитанной с учетом релаксации напряжений. Эта кривая довольно хорошо согласуется с экспериментальными данными. [c.238]

Трещины ползучести - тип IV (рис. 1.26, 2.1, 2.7 - 2.9), развивающиеся преимущественно в разупрочненной прослойке металла ЗТВр , являются наиболее распространенным видом повреждения длительно эксплуатирующихся сварных соединений паропроводов из теплоустойчивых хромомолибденованадиевых сталей. Трещины развиваются с наружной поверхности трубных элементов вглубь металла и ориентированы вдоль сварного шва на расстоянии 3. .. 5 мм от линии сплавления с металлом шва повреждение носит межзеренный хрупкий характер. Такой вид повреждения обусловлен следующими факторами [c.97]

Рис. 2.12. Трещина ползучести в разупрочненной прослойке металла ЗТВ

Трещины ползучести, обусловленные пониженной жаропрочностью металла швов (типа IV) из-за несоответствия сварочных материалом, выявляются в сварных соединениях паропроводов с различной наработкой. Так, массовые повреждения обнаружены в угловых швах соединений штуцеров Наружным диаметром D = 33 мм с толщиной стенки 17. .. 20 мм в коллекторах и паросборных камерах из стали 12Х1МФ на котлах БКЗ-210-140Ф и БКЗ-420-140НГМ через 40. .. 65 тыс. ч эксплуатации. Трещины развивались с наружной поверхности на глубину до 10. .. 15 мм (рис. 2.13, а). [c.106]

Вместе с тем, при сварке ремонтных швов паропроводов из стали типа 2,25Сг-1Мо допускается использование покрытых электродов увеличенного диаметра вплоть до 5 мм. Технология с нерациональным расположением подварочного шва на отремонтированных сварных соединениях паропроводов, провоцирующим преждевременное появление трещин ползучести (рис. 2.13, находит применение в теплоэнергетике Германии. Соединенном Королевстве, США. [c.288]

Если при нагружении в композиции наблюдаются расслоения по границе раздела полимер—волокно или образуются трещины, ползучесть резко возрастает, и все предложенные уравнения, в том числе (8.22),. оказываются совершенно не применимыми. Обработка стекловолокон аппретами обычно снижает ползучесть в результате повышения адгезионной прочности сцепления полимер—волокно [70]. Экспериментально установлено, что ползучесть в трансверсальном направлении для однонаправленных композиций значительно больше, чем в продольном. [c.277]

Наиболее часто встречающиеся в гибах дефекты можно под1заз-делить на технологические и эксплуатационные. Технологические дефекты — расслоения, риски, рыхлоты и т. д. Эксплуатационные дефекты — коррозионные язвины, коррозионно-усталостные трещины (в гибах водяного и пароводяного тракта) и трещины ползучести (в гибах пароперепускных и паропроводных). Эксплуатационные дефекты в гибах труб, транспортирующих воду и пароводяную смесь, наиболее вероятны на внутренней поверхности в зоне нейтральной образующей. В гибах труб, транспортирующих перегретый пар, наиболее вероятны трещины ползучести на наружной поверхности в растянутой зоне. [c.255]

При повышенных температурах, когда большое влияние Приобретает ползучесть, стадия устойчивого роста трещины (трещины ползучести) может иметь заметное значение для долговечности конструкции. В связи с деформацией ползучести, развивающейся в устье трещины, происходит ее рост, описывае- Ь1й обычно в параметрах скорость роста трещины I — коэффициент интенсивности напряжений. Эксперименты показыва- [c.247]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...