Напряжения термоусталостные

Действующие в циклах очистки силы воздействуют не только на отложения золы и оксидную пленку, они могут вызывать и некоторые повреждения поверхностного слоя металла труб. К таким силовым воздействиям, например, относятся термические напряжения в стенке трубы в циклах водной очистки поверхности нагрева, являющиеся источником образования термоусталостных трещин в поверхностном слое металла. Глубина таких трещин, как и глубина износа труб, является фактором, определяющим ресурс работы труб. Характерной особенностью развития термоусталостных трещин в поверхностном слое металла является то, что их рост при увеличении количества теплосмен протекает с затухающей скоростью, т. е. после определенного числа циклов водных очисток труб поверхностей нагрева прирост глубины термоусталостных трещин приближается к нулю. Таким образом, в поверхностном слое металла образуется сетка микротрещин определенной глубины, не представляющих опасности с точки зрения надежности работы труб поверхностей нагрева котлов. [c.8]

При строгом подчинении термоциклирования металла представленной на рис. 5.28 схеме термоусталостные трещины могут возникнуть лишь тогда, когда амплитуды термических напряжений равны или превышают двукратный предел текучести материала, т. е. должно быть выполнено условие Ло/ 2ао,2- [c.236]

Определенное влияние на развитие- термоусталостных трещин может оказывать и их большое количество. При наличии множества трещин, в сравнении с единичной трещиной, существует взаимовлияние между упругими напряжениями у вершин трещин, что приводит к уменьшению интенсивности их роста. Можно предположить, что с уменьшением шага между трещинами взаимовлияние между ними усиливается. [c.247]

В [190] показано, что выражение (5.29) хорошо описывает и развитие термоусталостных трещин. При этом коэффициент интенсивности напряжений зависит от термических напряжений у вершины трещин, а также от их глубины и формы. [c.247]

Большое влияние на динамику распространения глубины термоусталостных трещин, как и на их возникновение, оказывает релаксация напряжений в металле. [c.248]

Каждый цикл водной очистки поверхностен нагрева котла вызывает одновременно углубление термоусталостных трещин в поверхностном слое металла трубы и ускоряет коррозионно-эрозионный износ. Таким обр,азом, эти явления между собой тесно связаны и определены, главным образом, при прочих равных условиях, частотой очистки. Такое одновременное влияние цикла очистки на развитие термоусталостных трещин и износ вызыв-ает определенные трудности при разделении этих процессов. При наличии износа вершины трещин сдвигаются к наружной поверхности трубы, в зону более высоких термических напряжений. Поэтому износ приводит к увеличению абсолютной скорости распространения трещин, и в пределе, при скорости износа, близкой к скорости распространения трещины, они не возникают, а утонение стенки трубы определяется лишь закономерностями износа. Следовательно, с увеличением интенсивности износа глубина трещины, отсчитанной от изношенной поверхности, будет уменьшаться. [c.249]

При работе, например, деталей газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания воздействие термоусталостных напряжений сопровождается газоабразивным изнашиванием, коррозионным разрушением поверхности. Одним из эффективных способов защиты поверхности от воздействия продуктов сгорания является нанесение специальных покрытий. Известно, что усталостные трещины (в том числе и термоусталостные) зарождаются обычно на поверхности изделия. Поэтому важно знать характер влияния покрытия на кинетику термоусталостного разрушения. Защищая основной металл от воздействия среды, т. е. увеличивая тем самым долговечность, покрытие может стеснять пластическую деформацию поверхностных слоев, способствовать возникновению и росту трещин, уменьшать надежность детали. [c.128]

Циклическое воздействие температурных напряжений при работе турбин в переменном режиме создает опасность малоцикловых термоусталостных повреждений металлов, в первую очередь в зонах концентрации напряжений на поверхности роторов. При этом термоусталостная поврежденность суммируется с поврежденностью от ползучести под действием стационарных и остаточных напряжений в условиях высоких температур. Развитие трещин после их появления ускоряется корродирующим воздействием паровой среды. [c.228]

Использование во время термоусталостных испытаний дефор-мометров открывает возможность записывать диаграммы циклического неизотермического деформирования и судить о кинетике напряжений и деформаций в процессе испытаний. Оказывается, что нагружение на термоусталостных установках не соответствует жесткому, в общем случае является нестационарным, сопровождающимся накоплением односторонних деформаций за счет их по-циклового перераспределения в системе образец — машина и особенно в пределах отдельных частей менее жесткого по сравнению с машиной неравномерно нагретого по длине образца [79, 99, 213]. [c.247]

Важнейшими факторами в формировании предельных повреждений при термоциклическом нагружении являются размах Ае упругопластической деформации в цикле, максимальная температура /так и длительность термического цикла. В зависимости от величин указанных факторов, учитывая циклический характер действия температур и напряжений, в характере термоусталостного разрушения можно обнаружить признаки как усталостного, так и статического разрушения [25, 26, 64]. [c.15]

Отмеченное обстоятельство говорит о том, что термоусталостные испытания с выдержками на сжатие даже при учете кинетики напряжений и деформаций могут дать завышенную долговечность, если их результаты распространять на случай, когда реальная конструкция работает в условиях растягивающих нагрузок. [c.94]

Исследование циклического разрушения в упруго-пластической области, имеющего актуальное значение для энергетического, транспортного, строительного оборудования и ряда других отраслей, основывались прежде всего па изучении кинетики напряженного состояния по мере накопления числа циклов на основе свойств диаграмм циклического деформирования. Были установлены в силовом и деформационном выражении условия возникновения либо усталостного, либо квазистатического разрушения, предложены соответствующие схемы расчета для эластичного и жесткого нагружения. Показаны особенности влияния циклических пластических свойств на эффект концентрации напряжений для этого случая сопротивления усталостному разрушению. Применительно к циклическому деформированию от повторного нагрева и охлаждения малоцикловое термоусталостное разрушение бы.ло описано соответствующими кривыми усталости в деформационном выражении, полученными для данного температурного перепада, показана применимость критерия октаэдрических напряжений для плоского напряженного состояния в этом случае. [c.42]

На процесс образования термоусталостных трещин большое влияние оказывают концентраторы напряжений (выточки, резкие переходы с одной толщины на другую и т. д.), поскольку пластическая деформация в этих местах, как правило, затруднена. [c.244]

При одновременном воздействии силовой нагрузки (например, в трубах при напряжениях от давления порядка предела текучести) и циклических термических напряжений образованию термоусталостных трещин предшествует значительная (порядка нескольких процентов) пластическая деформация (увеличение диаметра), происходящая в течение первых термических циклов. [c.244]

Результаты расчета, представленные в табл. 5.5 и 5.6, показывают, что при пусках по заданным графикам наиболее тяжелой в отношении накопления повреждений от термоусталости является комбинация пусков из горячего и неостывшего состояния. Согласно расчету для РСД допускается всего 200 таких комбинированных циклов. Весьма напряженным для РСД является также и цикл с отдельным пуском из горячего состояния (500 допустимых циклов), этот цикл одновременно дает наибольшее накопление термоусталостных повреждений в роторе высокого давления. [c.168]

При современном уровне технологии невозможно изготовление крупногабаритных ответственных деталей, в которых отсутствовали бы макродефекты, как правило, хаотически ориентированные. При термомеханическом циклическом нагружении таких деталей наиболее активно идет процесс развития поверхностных макротрещин. В значительной мере ориентация этих трещин определяется направлением максимальных растягивающих напряжений. Так, например, прорастающие на значительную глубину со стороны наружной поверхности термоусталостные трещины в роторах турбин ориентированы перпендикулярно оси вращения ротора. С учетом этого фактора при проведении исследования в области взаимного влияния системы трещин в качестве первоочередной выделена задача, состоящая в решении осе- [c.122]

Образование поперечных рисок на наружной поверхности труб связано с протеканием термоусталостных процессов под действием знакопеременных напряжений. [c.21]

Как видно из анализа повреждений теплоэнергетического оборудования, весьма важное значение имеет наличие окислительной среды (вода, пар, конденсат), обусловливающей явление корро-зионно-термической усталости. Воздействие окислительной среды заключается главным образом в ее специфическом влиянии на кинетику возникновения и роста термоусталостных трещин. При этом основное воздействие окружающей среды, так же как и термических напряжений, сосредоточено в поверхностных слоях детали. Коррозионно-усталостные процессы, характерные для элементов теплосилового оборудования, интенсифицируются при асимметричном цикле нагружения, наличии дефектов в защитной окисной пленки на поверхности металла, остановах и т. д. [c.20]

Для многих элементов теплосилового оборудования в поверхностном слое действие окислительной среды сочетается с действием растягивающих напряжений, что оказывает существенное влияние на процессы образования и распространения термоусталостных трещин. Усталостная прочность стали в воде снижается особенно заметно при повышенной концентрации кислорода в ней и в тех случаях, когда защитная пленка магнетита на поверхности металла имеет дефекты. Например, при стендовых испытаниях с заданной цикловой базой в случае нагрева труб из углеродистой и аустенитной стали изнутри перегретым паром [c.49]

Температурный фактор имеет большое значение в процессе развития коррозионно-термических повреждений. При повышении максимальной температуры возрастают термические напряжения и деформации за цикл и интенсифицируются коррозионные процессы. Совместное действие этих факторов, как было показано выше, определенным образом влияет на интенсивность распространения термоусталостных треш,ин, разграничивая области повреждения (см. рис. 60). [c.136]

Термическая обработка, создающая оптимальные жаропрочные свойства, может отрицательно сказываться на термоусталостных свойствах материала. Термическая обработка никелевого сплава, вызывающая выделение карбидов хрома по границам зерен и обеспечивающая высокие жаропрочные свойства, снижает число циклов до появления трещин при кратковременной термической усталости и увеличивает скорость их роста [21. Однако при испытаниях на термическую усталость с длительными выдержками при максимальных температурах цикла, когда имеется возможность развития процессов релаксации термических напряжений и ползучести от остаточных термических напряжений, термообработка позволяет получить более высокие свойства сплава. [c.152]

Явления малоцикловой усталости могут быть обусловлены внешними механическими воздействиями (давление, нагрузка и т. д.) или термическими эффектами вследствие появления температурных градиентов, различия физико-механических свойств материалов и т. д. при повторном изменении режимов работы оборудования. Малоцикловые разрушения, когда процесс формирования предельных повреждений определяется в основном действием циклических температурных напряжений, называют разрушениями от термической малоцикловой усталости. Это частный случай неизотермического малоциклового разрушения, которое может возникать в результате как механического неизотермического, так и термоусталостного малоциклового нагружения. [c.4]

Большое влияние на образование термоусталостных трещин оказывает и неоднородная структура, разнородные дефекты и другие подобные явления в поверхностном слое металла. Необходимо учитывать и то, что при резких охлаждениях возникают дополнительно в большом количестве ранзотипные дефекты в металле, которые могут перемещаться, соединяться и т. д. Такие скопления дефектов являются местными концентраторами напряжений, приводящих к ускоренному образованию трещин и пор. Зарождение пор происходит по границам зерен из-за локализации там пластической деформации. [c.237]

С учетом, сказанного, термоусталостные трещины обычно появляются на поверхности металла при термических напряжениях существенно более низких, чем это вытекает из строгой теоретической схемы термоцнклировапия. [c.237]

Проведенный П. И. Айсоном анализ показал, что влияние релаксации напряжений на рост термоусталостных трещин в металле в циклах очистки особенно сильное при небольших временах между теплосменами. Отсюда вытекает важный вывод о том, что имеющие место в одном цикле очистки перепады температуры (теплосмены) не равноценны, т. е. определяющим является количество циклов очистки, а не общее количество теплосмен. Учитывая изложенное, при определении глубины трещин необходимо исходить из эквивалентного числа циклов очистки [c.248]

Знание термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) покрытий дает возможность выбирать оптимальное сочетание материала покрытия и основного металла для работы при повышенных температурах рассчитывать одну из важнейших характеристик покрытий — величину остаточных напряжений прогнозировать работоспособность изделий с покрытиями при термоусталостном нагружении. [c.88]

Количественные методы позволяют анализировать термоусталостное разрушение с учетом значений температурных напряжений и деформаций. Л. Ф. Коффин установил зависимость, связывающую деформацию и число циклов до разрушения [221] [c.129]

Термическая (/сгалостб — малоцикловая низкочастотная усталость, которая характеризуется тем, что возбуждение переменных температурных напряжений в материале обусловливается циклическим изменением температуры. Величина напряжений и деформаций при термоусталостном нагружении зависит от характеристик теплопроводности, теплопередачи и термического расширения материала. [c.263]

С рисунком, близким к ручейковому узору. Анализ усталостных полосок показывает, что по длине каждой отдельно исследованной трещины ширина их изменяется мало. В этом заключается также одно из отличий термоусталостного разрушения от разрушения при механической усталости. Вместе с тем наблюдается определенная зависимость между уровнем деформации (напряжения) и шириной микроусталостных полосок, а также характером изменения этой величины по мере распространения разрушения. Полоски, расположенные в непосредственной близости к очагу, закономерно уменьшаются с уменьшением значения амплитуды деформации (рис. 141) далее, с увеличением длины трещины такое соотношение не сохраняется в образцах, испытанных при высоких значениях Ле, ширина микрополосок нарастает [c.169]

Объем термоусталостных повреждений в элементах паросиловых установок возрастает в связи с длительной эксплуатацией, увеличением их мощности и переходом тепловых и энергетических о)бъектов на сверхкритичеокие параметры пара. Анализ разрушений гибов трубных систем котельных агрегатов и пароперегревателей, паропроводов, барабанов паровых котлов, короблений корпусов цилиндров паровых турбин и других деталей [1, 78] показывает, что одной из главных причин повреждений являются циклические термические напряжения, обусловленные неравномерностью температур при нестационарных режимах работы. Существенным фактором в формировании повреждений от действия циклических термических напряжений в деталях паросиловых и атомных установок следует считать коррозионное воздействие теплоносителя (2, 78]. [c.15]

Интенсивность процесса накопления предельных повреждений в материале детали в значительной мере определяется уровнем накопленного повреждения за один термический цикл. Показательна в связи с этим кинетика повреждений в термоусталостном термическом цикле кромки сопловой лопатки судового двигателя (рис. 8), подверженной действию только циклических термических напряжений [74]. Характерно для термоцикличес-кото нагружения этого элемента несовпадение экстремальных значений напряжений и температуры. [c.16]

Анализ основных параметров стохастической модели процесса накопления термоусталостных повреждений 7107 сопловых лопаток ТРД на заводах гражданской авиации, поступающих в первый ремонт, показал, что запуски больше повреждают материал лопатки, чем работа на установившемся режиме [5]. В работе [53] отмечено, что по интенсивности накопленных повреждений один запуск двигателя равен 3, 4 ч работы на режиме номинал , а 1 ч наработки на режиме взлет увеличивает интенсивность отказов в 4 раза больше, в сравнении с наработкой на режиме номинал . В связи с этим следует подчеркнуть, что с увеличением ресурса элезментов теплонапряженных конструкций и с повышением рабочих параметров режима эксплуатации и удельных мощностей доля повреждений от термических напряжений в общем объеме дефектов возрастает. [c.17]

Отсутствие единой точки зрения на характер разрушения при термоусталости, затрудняющее анализ причин разрушения деталей, объясняется, по-видимому, некомплекеным исследованием роли основных трех факторов —1, Ае и Тц. Как показано выше, лишь сохранение неизменными двух из них позволяет выявить роль третьего (см. пп. 11, 12). При этом установлены некоторые общие признаки термоусталостного повреждения. Так, сочетание невысоких значений максимальной температуры цикла, малых амплитуд деформаций и отсутствие выдержки при максимальной температуре цикла обусловливают, как правило, усталостный тип разрушения, характеризуемый тонкими транс-кристаллитными трещинами со следами притертости, перпендикулярными действующим термическим напряжениям. Увеличение амплитуды нагрузки, введение в цикл выдержки при тах. особенно повышение температуры, изменяют характер разрушения вначале на смешанный, когда наблюдаются трещины и по зерну, и по границам, а затем разрушение устойчиво развивается по границам зерен, менее прочным в новых условиях нагружения и нагрева, чем материал тела зерен. [c.98]

Как показывают экспериментальные данные, при наличии в цикле выдержэк, как и в случае термоусталостного нагружения, наблюдается весьма существенное изменение напряжений и деформаций, причем накопленная деформация может превышать заданный размах А (см. схему на рис. 8) в два-три раза и более. На рис. 7 привэдены значения размахов суммарных циклических деформаций е , включающих деформацию ползучести в цикле с вы- [c.93]

В связи с оценкой эффектов следует иметь в виду, как уже отмечалось выше, что существенное влияние на эффекты перераспределения напряжений и деформаций имеет жесткость испытательной машины и образца. В испытаниях на механической установке жесткость машины с образцом для случая упругого деформирования составила 5000 кПсм, тогда как аналогичные данные для термоусталостной машины с варьируемой жесткостью нагружения характеризуются величиной 9000—35 ООО кГ/сж. Большая жесткость термоусталостной установки также должна приводить к некоторому снижению рассматриваемых эффектов. [c.96]

Результаты прямых измерений глубины коррозии труб с защитным покрытием и без покрытия после эксплуатации различной продолжительности в паровых котлах, работающих на сернистом мазуте, приведены в табл. 14.1 [2]. Как видно из приведенных в ней данных, коррозия хромированных труб значительно (в некоторых случаях в десятки раз) меньше, чем незащищенных труб. Скорость коррозии увеличивается при повышении температуры и кроме того зависит от других факторов. Большая скорость коррозии труб в НРЧ, чем в ППВД, вызвана периодическим разрушением оксидного слоя из-за многократных колебаний температуры металла, обусловленного пульсацией горения. Возникающие вследствие этого термические напряжения в поверхностном слое труб являются причиной другого вида их повреждений— образования трещин коррозионно-термической усталости. Расчеты показывают, что за 6350 ч работы труб в НРЧ количество циклов колебания термических напряжений более 10. Однако образование термоусталостных трещин происходит только в нехромированных трубах. Их глубина весьма значительна (см. табл. 14.1) и увеличивается с увеличением продолжительности эксплуатации. В то же время на хромированных трубах термоусталостных трещин не образуется даже после 13 600 ч. Металлографическим анализом установлено, что в трещины не превращаются и микроде- [c.243]

Вследствие использования водяной очистки сланцевых парогенераторов в трубах НРЧ возникают высокие термические напряжения (до 350 МПа) при проведении этих работ. Периодические водяные очистки приводят к термической усталости нехро-мированных труб из стали 12Х1МФ. В аналогичных условиях эксплуатации в хромированных трубах термоусталостные трещины не появляются. Более высокая стойкость хромированных труб к воздействию циклических термических напряжений обусловлена наличием под хромированным обезуглероженного слоя, характеризующегося высокой пластичностью. В этом слое (толщиной до 1 мм) происходит разрядка термических напряжений (возникающих в поверхностном слое толщиной 1,5—1,8 мм). [c.245]

Результаты экспериментов позволили выявить характерные особенности сопротивления термоусталостному деформированию сплавов ХН75МБТЮ-ВД, ХН56МВТЮ. Процесс упругопластического деформирования материала протекает в неконтролируемых (по напряжениям или деформациям) условиях, при которых реализуется промежуточный между мягким и жестким режим малоциклового нагружения. Полученные результаты (рис. 2.16) характеризуют кинетику циклических пластических деформаций в полуциклах нагрева е (сжатие) и охлаждения е°(растяжение), напряжений растяжения ар и сжатия [c.37]

Проблема термоцпклической прочности является комплексной проблемой, включающей в себя три основных вопроса. Первый вопрос заключается в разработке уравнений состояния, способных с удовлетворяющей инженерную практику точностью описать кинетику напряженно-деформированного состояния, процессы пластичности и ползучести при переменных нагрузках и температурах. Уравнения состояния должны включать параметры, характеризующие процесс накопления повреждений и разрушения материала. Второй вопрос заключается в выборе физически обоснованной меры повреждаемости материала, характеризующей кинетику разрушения материала на различных стадиях процесса деформирования, и разработке соответствующих кинетических уравнений, устанавливающих связь между указанной мерой и параметрами процесса. Третьим вопросом является формулировка соответствующих гипотез, связывающих кинетику процесса деформирования и накопления повреждений с типом разрушения, и критериев разрушения, связывающих параметры напряженно-деформированного состояния и меры повреждаемости для критических состояний материала. При решении указанных трех проблем должна учитываться существенная нестационарность нагрун<ения н нагрева Б условиях малоциклового термоусталостного разрушения, а формулировка соответствующих уравнений и критериев должна опираться на современные представления физики твердого тела о микро- и субмикроскопическом механизмах пластических деформаций и накопления повреждений в материале [42—64 . [c.141]

Сравнение высоколегированной жаропрочной стали ХН35ВТ с менее прочной, но пластичной сталью Х16Н9М2 свидетельствует о преимуществе последней по характеристике распространения термоусталостной трещины. Это объясняется тем, что при одинаковой температуре предел длительной прочности (даже 100 ч) стали ХН35ВТ значительно ниже предела текучести. Следовательно, термоциклическая деформация в концентраторе вызывает остаточные напряжения, превышающие предел длительной прочности стали и релаксирующие в период выдержки при максимальной температуре цикла. [c.147]

В настоящее время накоплено большое количество экспериментальных данных по термической малоцикловой усталости, испытания остаются достаточно распространенными. Вместе с тем термоусталостной методике свойственны особенности, связанные прежде всего с непостоянством от цикла к циклу и напряжений, и деформаций при заданном температурном режиме испытаний. При этом в ряде случаев не учитывается кинетика циклических и односторонних деформаций, что не позволяет правильнб интерпретировать получаемые данные. Этому вопросу в книге уделено значительное внимание. [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...