Явление термической усталости

Явление термической усталости изучено еще недостаточно. Имеющийся опытный материал часто приводит к противоречивым результатам. В ряде случаев детали из аустенитной стали работают с очень большими термическими напряжениями, не давая трещин. В других же случаях циклические пластические деформации при нагреве и охлаждении детали вызывают трещины уже после нескольких сотен циклов. Во всяком случае можно считать установленным, что термические напряжения, равные 1,5— -2-кратному пределу текучести, не приводят к появлению трещин даже при большом числе циклов, а материал с хорошими пластическими свойствами не дает трещин даже при термических напряжениях, превосходящих предел текучести в несколько раз. Однако количество циклов до появления трещин все же резко падает при увеличении деформации. Поэтому в любом случае следует стремиться к всемерному ограничению термических напряжений, в том числе и при неуправляемых процессах, путем правильного конструирования и эксплуатации турбин. [c.61]

Заканчивая этим рассмотрение особенностей термической усталости в теплоэнергетике, можно констатировать, что долговечность основных ее элементов при теплосменах наряду с физикомеханическими свойствами металла определяется также совокупностью и взаимодействием эксплуатационных и расчетно-конструктивных факторов. В большинстве случаев явление термической усталости в теплоэнергетике сопровождается действием различных факторов, среди которых наиболее важное значение имеют следующие [c.24]

Явление термической усталости [c.245]

Нагрузка на формующий инструмент весьма сложная. Общим для каждой операции является то, что инструмент в зависимости от технологии на определенное время входит в соприкосновение с имеющей высокую температуру заготовкой, которая нагревает инструмент до нескольких сот градусов (ио Цельсию). С возрастанием температуры, как известно, свойства стали сильно изменяются. С прекращением контакта и с подключением охлаждения температура инструмента понижается и процесс повторяется. Поэтому температура инструмента и его поверхностных слоев постоянно изменяется, что вызывает явление термической усталости, К изменяющимся температурным нагрузкам добавляются еще и значительные механические нагрузки. [c.14]

Заметим, что здесь рассмотрен общий случай, когда осуществляется взаимодействие внешних нагрузок с нестационарными температурными полями. Представляет также интерес случай свободных тел, в которых переменные нагружения осуществляются исключительно за счет изменения во времени градиентов температурных полей. При этом возникает явление термической усталости, когда элементы конструкций разрушаются после небольшого числа циклов изменения температуры. [c.100]

В данной работе задача о приспособляемости в условиях повторных нагревов решается с учетом изменения предела текучести по температуре. На элементарных примерах показано, что учет этой зависимости (которая для простоты принята линейной) позволяет выявить возможность нарастания пластических деформаций с каждым циклом. Представляется, что этот результат интересен в связи с явлением термической усталости. [c.65]

Термическая усталость. Явление термической усталости металлов привлекло к себе внимание еще в 1912 г., когда Д.К. Чернов, исследуя причины растрескивания орудийных стволов, показал роль циклически изменяющихся температур в образовании трещин. [c.189]

Снижение температуры испытания ниже комнатной у гладких образцов приводит к повышению прочностных характеристик механических свойств (но к снижению характеристик пластичности) и пределов выносливости гладких образцов (рис. 50). При определении влияния температуры испытаний необходимо помнить о возможности фазовых превращений в сплавах и явлениях динамического возврата. Следует также нс путать влияние температуры при усталости с термической усталостью, которая имеет другую природу. [c.82]

При исчерпании первого (аккумуляционного) периода внешняя поверхность трубы при циклической водной очистке равномерно покрывается сеткой термоусталостных трещин как в поперечном, так и в продольном направлении. Наличие множества микротрещин является особенностью термической усталости поверхностного слоя металла в отличие от других усталостных явлений. [c.241]

Термическая усталость часто проявляется в деталях поршневых дизельных двигателей, в колесах железнодорожных локомотивов, в теплообменниках, штампах, валках прокатных станов, на тормозных барабанах, в паровых котлах, в электроосветительной аппаратуре и прочих деталях и узлах, работающих в условиях нестационарных температурных режимов, главным образом при запусках и остановках. В качестве типичных деталей, испытывающих в работе переменные напряжения вследствие теплосмен, можно привести также жаровые трубы камер сгорания, сопловые лопатки и охлаждаемые рабочие лопатки реактивных авиадвигателей сплошным неохлаждаемым рабочим лопаткам это явление менее свойственно. Трещины на сопловых лопатках возникают преимущественно на входных и выходных кромках, которые нагреваются и охлаждаются с наибольшей скоростью на выходных кромках обычно возникает 70% трещин, на входных — около 20%, на корыте и спинке — 10% [12]. [c.163]

В ЭТОМ разделе в краткой форме изложены основные методы оценки прочности при изотермическом малоцикловом нагружении, поскольку часто пытаются применить эти критерии и для случая неизотермического циклического нагружения — термической усталости. В дальнейшем будет рассмотрена возможность их иопользования в этом случае. Подробный анализ явления изотермической малоцикловой усталости и соответствующие критерии прочности изложены в работах [47, 50] и др. там же приведен обзор литературы. Здесь упомянуты лишь те работы, результаты которых могут быть непосредственно использованы для оценки термоциклической прочности. [c.114]

При исследовании, например, термической усталости материалов, а также при наблюдении кинетики полиморфных превращений и других явлений важно не только нагреть образец, но и охладить его с требуемой скоростью. При радиационном нагреве скорость охлаждения образца определяется тепловой инерцией системы нагреватель—образец и может колебаться от нескольких до сотен градусов в минуту. Образцы, подвергаемые контактному и индукционному нагревам, охлаждаются со значительно более высокими скоростями, зависящими от их массы. Например, после прекращения пропускания электрического тока через образец, нагретый до 1200° С и имеющий активное сечение 9 мм , в течение первых 5 с снижение температуры происходит со средней скоростью около 50 град/с. Примерно с такой же скоростью охлаждаются образцы, нагреваемые индукционным способом. [c.77]

Статическое многократное при повторении нагружений от нескольких сот до миллионов циклов сюда относят явления механической и термической усталости. [c.17]

Повреждения деталей паровых котлов, турбин и трубопроводов во многих случаях обусловлены явлением малоцикловой термической усталости металла. Надежная работа всех элементов при нестационарном нагружении особенно необходима при повышении маневренности энергоблоков. Важное место в решении этой проблемы занимает разработка надежных физических Обоснованных критериев оценки долговечности материалов с учетом условий их работы. [c.3]

Следует, однако, различать явления термической и механической малоцикловой усталости, происходящей при высокой постоянной температуре. Термическая усталость связана с непостоянством температуры в цикле, обусловливающим протекание ряда характерных для этого явления процессов. При термической усталости циклическое пластическое деформирование происходит в определенном интервале температур и в полуциклах нагрева и охлаждения оказывает различное влияние на характер изменения структуры и свойств материала. Например, помимо естественного различия физико-механических свойств материала при максимальной и минимальной температурах цикла может существенно отличаться характер происходящих в структуре процессов (растворение или выделение частиц второй фазы в гетерогенных технических сплавах). [c.7]

Термическая усталость является результатом сложного процесса изменения структуры материала, накопления повреждений в условиях термопластического деформирования. Механизм пластической деформации при термической усталости в зависимости от материала, максимальной температуры цикла, температурного интервала и других факторов имеет в той или иной мере сходство с аналогичными механизмами деформирования при явлениях ползучести и усталости [2, 39]. [c.8]

Таким образом, термическая усталость—явление сложное, еще недостаточно изученное и принципиально отличается от механической малоцикловой усталости [19, 45, 46, 54, 60, 64]. [c.8]

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]

В ряде случаев возникновение и развитие повреждений определяется коррозионно-термической и коррозионно-малоцикловой усталостью, каждая из которых проявляется наиболее эффективно в разные периоды эксплуатации. Явление малоцикловой усталости более характерно для режимов пуска и останова установки, в то время как термическая усталость имеет место также и при стационарных режимах работы. [c.20]

Надо отметить, что в этих опытах величина механической нагрузки была слишком незначительной (2,2—3,8 кгс/мм ) и не могла существенно повлиять на долговечность и характер разрушения материала. Трещины в трубах имели усталостный характер и определялись термическими напряжениями. Обнаруженное снижение величины критической деформации при образовании трещин на внешней поверхности труб объясняется явлением коррозионно-термической усталости. [c.27]

Для деформации при термической усталости проскальзывание по границам зерен уже характерно на первых циклах, в результате чего на поверхности шлифа проявляются границы. Установлено, что зерна смещаются как в плоскости шлифа, поворачиваясь па некоторый угол одно относительно другого, так и в перпендикулярном направлении. В этом случае, как показали результаты интерференционного метода исследования, на поверхности образца образуется вертикальная ступенька. С увеличением числа циклов происходит накопление зернограничной деформации, о чем можно судить по значительному расширению границ. Это явление происходит чаще всего при термоциклировании в области высоких температур и имеет сходство с обычной ползучестью, которой также присуща деформация цо границам зерен, [c.102]

Для термической усталости характерно значительное увеличение плотности дислокаций в начальный период испытаний (10— 15% jVp) и образование ячеистой дислокационной структуры в конечный период. С другой стороны, с увеличением максимальной температуры цикла и времени выдержки при ней, т. е. факторов, обусловливающих диффузионные явления свойственные ползучести, начинает образовываться полигональная структура с очищением тела блоков от дислокаций. При термической усталости эти процессы протекают быстрее чем при ползучести [39]. [c.119]

При анализе воздействия окислительной среды на процессы возникновения и распространения трещин термической усталости в основу коррозионно-механической трактовки явлений, происходящих в поверхностных слоях металла, положена теория коррозионно-усталостных процессов. [c.131]

Многие детали ГТД, подвергающиеся в процессе эксплуатации многократным нагревам и охлаждениям, с течением времени деформируются и даже разрушаются. Это явление было названо термической усталостью, а сопротивляемость материала термической усталости—термической стойкостью. [c.343]

Большим сопротивлением термической усталости корпусов обладает конструкция с двойным корпусом и сопловыми коробками (см. рис. 3.28). Образование трещин происходило и в таких турбинах, например, во внутреннем корпусе первых турбин К-300-23,5, однако их причиной были не термическая усталость, а другие явления, обычно литейные пороки. [c.495]

Процесс термической усталости деталей машин, под которым мы понимаем целый комплекс явлений, протекающих в материале, находится в начальной стадии познания. [c.8]

Большое количество факторов, влияющих на начало локального разрушения материала под влиянием термической усталости, не позволяет разработать универсальной экспериментальной методики, результаты которой были бы адекватны явлениям, имеющим место в действительных условиях. [c.68]

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]

Основные характерные особенности явления термической усталости заключаются в следующем [93] 1) деформирование происходит в условиях, близких к условиям заданной деформации 2) в течение цикла непрерывно изменяется механическое состояние материала, 3) важную роль играют термоструктурные напряжения, накладывающиеся на поле макронапряжений 4) вследствие неравномерности нагревов и охлаждений наблюдается существенная локализация деформации 5) разрушения наступают при значительных знакопеременных пластических деформациях при общем числе теплосмен (циклов), характерном для повторно-статического нагружения. [c.161]

Большую роль в развитии структурной и размерно нестабильности металлов играют фазовые превращения Результатом их многократного повторения может быть обра зование трещин и пор. В других случаях нарушения сплошности не возникают, однако происходит большее формоизменение тел. Благодаря фазовым превращениям явление термической усталости металлов усложняется, а вследствие большого увеличения объема и изменения формы детали часто становятся непригодными задолго до разрушения. [c.214]

При исследованиях стремятся определить такие критерии, ко1х>-рые можно интерпретировать однозначно. Часто явления термической усталости сочетают с визуальной макроскопической оценкой в виде поверхностного разрушения [166]. Поэтому в исследованиях часто сопротивление термической усталости выражают количеством повторяющихся циклов нагружения, воспроизводящих или приближающихся к фактическим условиям, после которых образуется [c.86]

Трещины термической усталости. Разрушение деталей после многократного воздействия периодически изменяющегося во времени уровня термических напряжений представляет собой явление термической усталости. Разрушение при термической усталости наступает при значительных знакопеременных пластических деформациях при общем числе тепло-смен (циклов), характерном для повторностатических нагружений. Термическая усталость является особенно серьезной проблемой, например, в газовом хозяйстве, где температура деталей изменяется с большой скоростью, в самолетных конструкциях, подвергающихся кинетическому нагреву при эксплуатации электростанций (когда термические напряжения возникают при пуске и останове агрегатов) и металлургического оборудования (изложниц, прокатных валков, штампов), где поверхность металла повторно нагревается и охлаждается. [c.162]

Несмотря на сходство явлений термической и механической усталости [48, 109], необходимо учитывать, что действие повторных нагревов сопровождается сложным комплексом явлений, проходящих в материалах при высоких температурах, — окислением, изменением диффузионной подвижности атомов, старением, рекристаллизацией, ползучестью и пр. При расчете термоусталостной долговечности помимо влияния теилосмен в ряде случаев необходимо принимать во внимание влияние скоростного потока горячих газов, значительно понижающих сопротивление термической усталости. Так, при скорости газов до 1М термоусталостиая долговечность может снижаться на 80— 90% по сравнению с долговечностью в стационарных условиях. [c.160]

По-видимому, роль покрытия при больших и малых уровнях нагружения аналогична действию наклепа, что отмечено еще в одной из первых работ Коффина [88]. При испытании на термическую усталость стали 347 на уровне Ае 0,6% йен а клепанный материал имел большую долговечность, а при уменьшении нагрузки положение изменилось на обратное. Это явление можно объяснить следующим образом. Ресурс пластичности у ненакле-панного материала больше, чем у наклепанного, и при Ае> >0,6%, когда в каждом цикле возникает пластическая деформация, это обстоятельство является решающим. При меньших значениях Де деформирование происходит в упругой области, где долговечность определяется в большей мере характеристиками прочности, а они. выше у наклепанного материала. [c.93]

Другое явление, сопровождающее термическую усталость, состоит в том, что в ранний период срока службы вместе с упрочнением происходит и разупрочнение металла. Такое снижение прочности объясняется появл"ением субмикроскопических трещин на границах зерен, поверхности включений и преципитатов. Они возникают вследствие взаимодействия рядов дислокаций противоположного знака, движущихся в двух соседних плоскостях скольжения, что может приводить к возникновению растягивающих напряжений и нарушению атомных связей [2—4]. [c.407]

Критериями подобия (5.66) — (5.69) следует пользоваться при моделировании таких явлений, как, например, термическая усталость (при напряжениях, меньших предела упруговти), термический [c.184]

Термической усталостью называется процесс длительного разрушения, протекающий при периодических теплосменах (термических циклах), но в отсутствие внешних силовых воздействий на рассматриваемый конструкционный элемент, В реальных эксплуатационных условиях эти теплосмены обычно вызывают некоторое переменное поле макроскопических напряжений, которым сопутствует рассмотренная выше механическая усталость материала. Вместе с тем, теплосмены и сами по себе отражаются на механических свойствах металла, в частности, они могут приводить к постепенному снижению сопротивления хрупкому и усталостному разрушению. При отсутствии всяких макроскопических напряжений (например, в условиях свободных температурных деформаций равномерно нагреваемого и охлаждаемого стержня) уже десять—двадцать тысяч термоциклов с размахом температуры в 600—700° могут приводить к растрескиванию некоторых материалов, причем поверхностные трещины видны при небольшом увеличении микроскопа или простым глазом. К этому явлению целесообразно применять недавно возникший термин термоструктурная усталость в отличие от более общего случая стесненных температурных деформаций, который мы будем называть термомеханическая усталость . [c.28]

Так как при эксплуатации теплоэнергетического оборудования в условиях многократных резких изменений температуры часто раньше расчетного срока службы (100 тыс. ч) возникают специфические преждевременные усталостные повреждения, то обусловливающие их явления термической и малоцикловой усталости являются важными процессами, определющими в ряде случаев надежность работы этого оборудования. [c.4]

Следовательно, в области малых долговечностей разрушение при термической усталости может происходить в условиях непрерывного возрастания локальных напряжений, достигающих предельных значений при односторонней накопленной деформации, близкой к деформации разрушения при статическом нагружении, т. е. по типу квазистатического. Этим, в частности, можно объяснить неустойчивость результатов испытаний при малоцикловой усталости, однако имеющихся экспериментальных данных еще недостаточно. Подобные явления характерны не только для перлитных сталей, которые чаще всего являются или циклически стабильными, или циклически разупрочняющимися, но также и для циклически упрочняющейся аустенитной стали 12Х18Н12Т. [c.77]

При пониженных температурах появляется деформация двой-никования и может происходить фрагментация зерен. Если размер фрагментов в процессе термоциклирования изменяется незначительно, то их разориентировка увеличивается и образуются большеугловые границы, т. е. в старом зерне образуются новые. Этот процесс носит деформационный характер и связан с перераспределением дислокаций. Механическая усталость при больших амплитудах напряжений (малоцикловая усталость) также характеризуется фрагментизацией зерен. Таким образом, механизм пластической деформации при термической усталости в зависимости от свойств материала, максимальной температуры цикла, температурного интервала и других факторов имеет в той или иной мере сходство с аналогичными механизмами при явлениях ползучести и усталости. [c.103]

Явление не0братИ]М0Г0 изменения размеров и объема металлических тел при термоциклнровании известно давно. Еще в начале века знали, что многократные теплосмены превращают стальной цилиндр в шар [383]. Более 100 лет известен рост чугуна [256]. Термическую усталость, ведущую к разрыхлению и разрушению стальных изделий, изучал основоположник металлографии Д. К. Чернов [250]. Причину размерной и объемной нестабильности металлов видели в необратимости атомных перемещений, пластических деформациях, взаимодействии со средой, имевших место при изменении температуры. В противоположность указанным материалам металлы памяти испытывают при нагревании самопроизвольное возвращение к размерам, существовавшим до холодной пластической обработки [6]. [c.6]

Рассмотрено явление термической кустепости, оказывающей оаределяющее влияние на стойкость инструмента длй горячей обработки металла, а также не стойкость металлических форм для центробежной отливки труб. Дано описание основных методов исследования структуры и свойств материалов при термической усталости. [c.4]

До СИХ пор нет универсального метода исследования термической y TaifD TH стали. Идет процесс изыскания все более лучших решений, часто приспособленных лишь для определенных циклов нагружения. До настоящего времени нет однозначных критериев для оценки сопротивления термической усталости. Поскольку поверхностные явления в различных случаях нагружения не всегда одинаково важны, чаще всего применяют несколько критериев. Поэтому для характеристики процесса термической усталости можно принимать следующие показатели [c.69]

В повфхностном слое происходят такие процессы, как адсорбция, хемосорбция и коррозия. Интенсивность этих процессов увеличивается при повышении температуры или под влиянием охлаждающих факторов, например, сжатого воздуха с определенной влажностью или воды. Происходящее наложение явлений, протекающих во время термической усталости, на процесс коррозии приводит в макрообластях к зарождению трещин. Применение гальванических покрытий повышает сопротивление термической усталости, в осо-88 [c.88]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...