Малоцикловая и термическая прочность

МАЛОЦИКЛОВАЯ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ [c.28]

Учитывая отмеченную специфику деформирования нри термоусталостном нагружении, в работе [103] предлагается метод оценки термической прочности с позиций деформационно-кинетического критерия малоциклового разрушения [129, 162], экспериментально обоснованного в области повышенных и высоких температур при изотермических испытаниях материалов. Названный критерий, как отмечалось выше, описывает условия достижения предельного состояния по разрушению квазистатического и усталостного типов как для мягкого и жесткого, так и промежуточного между мягким и жестким характера нагружения, что охватывает особенности нестационарного циклического деформирования, свойственные термоусталостным испытаниям. [c.49]

При исследовании малоцикловой усталости термически и механически высоконагруженных элементов конструкций важно установить закономерности циклического упругопластического деформирования и малоциклового разрушения конструкционных материалов, а также критерии прочности для различных модельных режимов термомеханического нагружения, имитирующих соответствующие циклы температуры и нагрузки, реализующиеся в наиболее нагруженных зонах деталей при эксплуатации. [c.26]

I — ползучесть и длительная прочность 1 — деформация растяжением и разрушение при растяжении — релаксация 2 — ползучесть при циклическом напряжении 2 — динамическая ползучесть 3 — малоцикловая усталость 3 — высокотемпературная усталость 4 — термическая усталость 5 — термические скачки деформации 5 — ползучесть при циклическом изменении температуры [c.12]

Разрушение детали может быть вызвано действием температурных напряжений от повторных нагревов и охлаждений, связанных с тепловым процессом машины или внешними условиями. Сопротивление такому виду разрушения называют термической прочностью. При высокой верхней температуре цикла важное значение Имеет длительность выдержки при Этой температуре. Для повышения термической прочности должны выполняться те же требования, что и для малоцикловой прочности, кроме того, следует принимать меры к снижению Температурных напряжений в детали, [c.37]

В условиях эксплуатации при повышенных температурах большинство материалов, применяемых в энергоустановках, термически нестабильны. Кроме того, применяемые материалы имеют широкую гамму структур в исходном состоянии. В связи с этим при длительной эксплуатации снижение ресурса материала при ползучести и высокотемпературной малоцикловой усталости может произойти за счет падения длительной прочности в результате существенного уменьшения сопротивляемости развитию трещин. Наряду с использованием при оценках ресурса критериев длительной прочности в настоящее время дополнительно разрабатываются критерии трещиностойкости материала (28, 29, 30]. [c.63]

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]

Высокопластичные малоуглеродистые и низколегированные перлитные конструкционные стали при температуре до 400° С имеют высокое сопротивление термической усталости. Экспериментальные данные показывают, что вследствие незначительного влияния ползучести кривые долговечности (по числу циклов до разрушения в зависимости от амплитуды деформаций или условных напряжений в цикле) во всем интервале температур от комнатной до 400° С для всего класса углеродистых и низколегированных сталей с достаточным для практических целей приближением совпадают как при термической, так и при механической малоцикловой усталости. Поэтому для расчетов на термическую усталость при непрерывном чередовании теплосмен в данном случае можно использовать обобщенные расчетные кривые усталости, приведенные в нормах расчета на прочность [20]. [c.139]

Малоцикловая прочность становится актуальной для дисков и барабанов компрессора авиадвигателя [42, 61] в связи с увеличением ресурса. Известно, что в соответствии с режимом работы изделия термоциклический характер нагружения материала в зонах концентрации (рис. 1.9), хотя и протекает на фоне умеренных температур (200...300° С), однако значительные перепады температур в период запуска двигателя (до 200° С) вызывают высокие термические изгибные напряжения, определяющие циклический харак- [c.18]

При длительных выдержках в полуциклах растяжения или сжатия, сочетающихся с высокими температурами цикла нагрева, малоцикловая прочность может быть охарактеризована сопротивлением длительному статическому разрушению с учетом влияния цикличности [29]. Такая трактовка реализована при анализе прочности жаропрочных сталей и сплавов для термоциклов большой длительности за счет варьирования длительности выдержки при максимальной температуре цикла. Условие прочности в этом случае получается исходя из схемы расположения предельных линий ВС и EFD в координатах —Ig n (рис. 2.22). Линия ВС характеризует предельное состояние при длительном статическом нагружении, при Ттах, а EFD — предельное состояние при длительном термоусталостном нагружении. Полол<ение линии ВС определяется следующими допущениями учитывается лишь суммарное время выдержки при максимальной температуре цикла и считается, что термическое напряжение постоянно на этапе выдержки в полуцикле сжатия. [c.73]

Существенные трудности возникают при воспроизведении эксплуатационных условий вследствие неравномерности прогрева лопатки с естественной закруткой переменным по высоте сечением, а также создании различных сочетаний термического и механического циклов в кромках лопатки. Под руководством Г. С. Писаренко разработана оригинальная методика испытаний натурных лопаток на малоцикловую неизотермическую прочность (рис. 3.26). [c.159]

Натурные испытания элементов конструкций дают информацию о поведении материала и конструктивных элементов при интенсивных тепловых и механических воздействиях, необходимою, с одной стороны, для обоснования методов расчета на термическую и малоцикловую прочность и, с другой стороны, для сравнительной оценки малоцикловой долговечности натурных деталей различных конструктивных форм при меняющихся параметрах среды и условиях теплообмена. [c.162]

Коллектор подвода горячего газа от ТНА — охлаждаемый, что позволяет свести до минимума градиент температуры по толщине внешней несущей стенки, иметь одинаковую невысокую температуру этой стенки на всех участках и тем самым практически исключить появление термических напряжений в конструкции. Вследствие длительной многоразовой работы коллектора резко повышается его малоцикловая усталостная прочность. Отсутствие термических напряжений в коллекторе увеличивает жесткость его конструкции и способствует улучшению условий работы многих стыковочных соединений и трубопроводов. Поэтому, несмотря на существенное усложнение конструкции и некоторое увеличение массы, охлаждение коллектора следует считать прогрессивным решением. [c.125]

Вместе с тем внедрение в инженерную практику разработанной, концепции расчета длительной малоцикловой и неизотермической прочности элементов конструкций должно сопровождаться широкой апробацией метода на термически и механически высоконагру-женных изделиях, какими являются, например, газотурбинные установки различного назначения, энергетические и химические установки, металлургическое и другое оборудование. При этом необходимо располагать информацией о значениях циклических деформаций в максимально нагруженных зонах конструкций, а также соответствующими расчетными характеристиками. [c.230]

Степень суммарных повреждений определяли из уравнения (2.1). Повышенный разброс данных для сплава ХН56МВТЮ (рис. 2.24, в) можно объяснить меньшей деформационной способностью этого сплава и большим разбросом результатов испьгганий на мапоцикловую и термическую усталость. Указанный диапазон разброса суммарньгх повреждений соответствует весьма малому рассеянию данных по долговечности, что, учитьтая различие механических свойств исследуемых сплавов, подтверждает возможность деформационной трактовки условий малоцикловой неизотермической прочности для различных уровней температур и режимов нагружения] 2, 3 ]. [c.44]

Важное место в них занимают работы по определению прочности и работоспособности многослойных сосудов в том числе исследованию конструктивнотехнологических особенностей многослойных стенок и их способности сопротивляться хрупким и вязким разрушениям. Важными также являются разработки методик расчета конструкций с учетом взаимодействия слоев, наличия сварных швов, механических и термических нагрузок. К перечисленным следует добавить работы по изучению малоцикловой усталости многослойных конструкций, исследования сопротивлений многослойных элементов их действиям импульсных нагрузок, а также работы по конструктивной прочности. [c.3]

Штампы для холодного деформирования работают в условиях высоких переменных нагрузок, выходят из строя вследствие хрупкого разрушения, малоцикловой усталости и изменения формы и размеров за счет смятия (пластической деформации) и износа. Поэтому стали, используемые для изготовления штампов, пластически деформирующих металл при нормальных температурах, должны обладать высокой твердостью, нзносостой костью и прочностью, сочетающейся с достаточной вязкостью. В процессе деформирования с большей скоростью штампы разогреваются до 200—350 °С, поэтому стали этого класса должны быть и теплостойкими. Для крупных штампов необходимо обеспечить высокую прокаливаемость и небольшие объемные изменения при закалке. Если в процессе термической обработки происходит искажение сложной конфигурации штампа, то необходимо проводить доводку штампа до требуемых размеров, что не всегда осуществимо. Наиболее часто применяют стали, состав и термическая обработка которых приведены в табл. 29. Высокохромистые стали Х12Ф1 и Х12М относятся к ледебуритному классу и содержат 16—17 % карбидов (Сг, Ее), Q. Стали обладают высокой износостойкостью и при закалке в масле мало деформируются, что важно для штампов сложной формы. [c.358]

При температурах (0,6 0,7) Т л, т. е. при сварке, например, нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, применении мягких режимов или при высоких темпах сварки доминирующим процессом, определяющим стойкость электродов, по-видимому, будет ползучесть, контролируемая диффузией. При более низких температурах — (0,4н-0,5) Тпл, — развивающихся на рабочей поверхности электродов, при сварке на жестких режимах, легких сплавов или отдельными точками при длительных перегревах наряду с ползучестью большую роль играют процессы термической и малоцикловой усталости. Поэтому к материалу электродов, предназначенных для работы при высоких температурах, предъявляются повышенные требования по сопротивлению ползучести, т. е. более высокой жаропрочности, в частности одночасовой горячей твердости и длительной прочности. В связи с этим для изготовления электродов желательно иметь металл с более крупным зерном, так как при высоких температурах более стойким против ползучести будет крупнозернистый материал с повышенной жаропрочностью. Так как при циклических нагревах образуются внутризеренные и главным образом, межзеренные трещины металл должен обладать высокой пластичностью при повышенных температурах, как лучше сопротивляющийся термической усталости. При точечной сварке легких сплавов более высокая стойкость наблюдается у электродов с мелким зерном, высокой электропроводностью и не содержащих в своем составе поверхностно-активных элементов, взаимодействующих со свариваемыми материалами путем диффузии и схватывания. [c.9]

В процессе проектирования широко используются математические методы всесторонней оценки качества и работоспособности лопаток. Наряду с традиционными упрощенными методами предварительных расчетов применяются аналитические методы проектирования. Так, например, в последние годы развиваются и все шире применяются методы проектирования ступеней на основе объемных моделей течения воздуха в каналах рабочего колеса, благодаря чему появились широкоходные виды лопаток, существенно отличающиеся по форме и аэродинамическим характеристикам от существующих видов. В связи со сложностью геометрической формы пера и множества различных факторов, влияющих на его прочность, окончательная оценка прочности, деформации и вибраций лопатки производится с помощью весьма совершенных моделей метода конечных элементов. Для высокотемпературных лопаток турбин работоспособность и долговечность оцениваются на основе теории малоцикловой термической прочности с учетом ползучести материала. [c.233]

Таким образом, исходя из свойств циклической прочности сталей 22К и 16ГНМ и реально действующих на кромке отверстия переменных напряжений можно сделать заключение о том, что циклические нагрузки (термические при резкой асимметрии цикла и малоцикловые механические) являются одной из причин повреждения барабанов. [c.15]

Вопрос о влиянии режимов термической обработки на характеристики термоусталостной прочности и термоциклической пластичности наклепанной стали особенно важен для теплоэнергетики ввиду того, что многочисленные разрушения элементов трубных систем происходят при малоцикловых нагрузках в неизотермических условиях. В ЦНИИТМАШе были проведены исследования влияния холодной деформации и режимов последующей термической обработки на сопротивление разрушению и деформированию при термоциклическом нагружении аустенитных сталей 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т и Х16НМ2, широко используемых для изготовления высокотемпературных элементов пароперегревателей мощных энергетических котлов [24, 41 ]. Образцы для исследования были как из пруткового металла, так и из паропере-гревательных труб диаметром 32 мм и толщиной стенки 7 мм. [c.152]

В 1972 г., когда вышла в свет эта книга (1-е издание), кузнецы, обрабатывавшие суперсплавы, преследовали две "микроструктурные" цели [1]. Из них первая вовсе не была "микроструктурной", а заключалась в том, чтобы "ковать на нужную геометрию и обеспечить нужные свойства с помощью термической обработки". Вторая заключалась в регулировании микроструктуры средствами ковки, чтобы получить как можно более мелкое зерно, улучшив тем самым сопротивление малоцикловой усталости. В настоящее время "микроструктур-ных" целей по-прежнему две, но обе изменились. Одна состоит в достижении размера зерен 10—14 балла ASTM как средства обеспечить главным образом требуемую формуе-мость, прочность на разрыв, пластичность, сопротивление зарождению малоцикловой усталостной трещины. Другая — в достижении размера зерен 4—8 балла ASTM, чтобы обеспечить главным образом необходимое сопротивление ползучести и распространению трещины. [c.207]

При оценке прочности и ресурса элементов конструкций, работающих в условиях малоциклового нагружения при переменных температурах и сложнонапряженном состоянии, возникают две связанные задачи определение напряженно-деформированного состояния элементов конструкций при работе материала максимально нагруженных зон за пределами упругости, когда развиты упру-гонластические деформации и деформации ползучести, и на базе полученной информации оценка запасов прочности и долговечности при малоцикловом неизотермическом нагружении. Характер протекания процесса деформирования за пределами упругости и циклические деформации, определяющие формирование предельного состояния материала, зависят от режима термосилового воздействия на деталь и параметров термомеханической нагруженности максимальная температура, градиент температур, длительность и форма термического и силового циклов нагружения и др.), а также сочетания нестационарных режимов нагружения в период эксплуатации изделия. [c.11]

Предельное состояние материала при неизотермическом нагружении зависит от многих факторов, особенно от режимов изменения напряжений и температур. Все многообразие сочетаний циклически действующих напряжений и температур практически невозможно реализовать при составлении программ испытания материалов или учесть в расчетах деталей машин на неизотермическую малоцикловую прочность. В связи с этим целесообразно выделить наиболее типичные сочетания режимов изменения циклических напряжений (силовых, термических или суммарных) и температур. Из анализа эксплуатационной нагруженности конструктивных элементов можно выделить следующие основные режимы термомеха-нического циклического нагружения (рис. 1,19). [c.35]

Располагаемая пластичность (деформационная способность) конструкционных материалов. В формировании предельного мало-циклового повреждения при неизотермическом нагрул ении значима роль характеристик кратковременной и длительной статической прочности и пластичности применяемых материалов, прежде всего длительной пластичности, которая коррелирует с сопротивлением малоцикловой усталости. Срок эксплуатации современных термически высоконагруженных аппаратов и установок в зависимости от их назначения изменяется в широких пределах — от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч часов. Экспериментальные исследования временной зависимости характеристик пластичности при длительном разрыве [2, 29, 56, 109] показали, что они существенно изменяются с течением времени. Характерно, что применяемые конструкционные жаропрочные стали и сплавы для деталей, работающих при высоких температурах, являются деформационно стареющими материалами, охрупчнвающимися в диапазоне рабочих температур и в процессе длительной эксплуатации. [c.75]

Для определения коэффициентов аир уравнения (2.34) в соответствии с методикой обработки экспериментальных данных достаточно испытать три-четыре серии образцов по общему режиму ие-изотермического малоциклового нагружения при варьировании основных параметров (например, /в), чтобы реализовать различные соотношения щ1ар Уравнение (к34), характеризующее нелинейный закон суммирования повреждений при вычислении их по соотношениям (2.30), является основой для определения разрушающего числа циклов Nf материала в опасной зоне конструктивного элемента с использованием характеристик длительной и малоцикловой прочности. В последнем случае необходимо выдержать определенное сочетание полуциклов нагрева и охлаждения. Приближенно характеристики малоцикловой прочности можно получить при испытаниях на термическую усталость, если в реальном объекте иолуцикл сжатия приходится на область высоких температур и выдержки осуществляются при 7 тах- [c.91]

К числу первых исследований по малоцикловой прочности при нестационарном нагружении относятся работы МИФИ по термической усталости, выполненные под руководством Я. Б. Фридмана и Н. Д. Соболева. Сочетание режимов однократной смены циклических деформаций А (ер--0,715%), В (ер = 0,48%) и С (sp= = 0,245%) выполнялось на стали Х16Н15МЗБ в заданном режиме термоусталостного нагружения 200. .. 750° С за счет варьирования жесткости нагружения переход с менее повреждающего режима на более повреждающий (В- А) и наоборот (В- С) осуществлялся на разных относительных числах цикла, но одинаковых стадиях работы материала в начальном режиме В йцП 1Мт = 0,3-, 0,5 0,7, где Nju — число циклов до разрушения в начальном режиме при стационарном термоусталостном нагружении. Таким образом, как диапазон деформаций, и температур, так и режимы нестационарности охватывали наиболее представительные условия термомеханического нагружения. [c.193]

На рис. 6.56 представлены кривые длительной прочности стали 1Сг—1Мо— 0,25V и кривые, характеризующие удлинение при разру- шении. Сталь подвергали термической обработке по двум режимам сталь HD после обычной термообработки (нормализация, отпуск) имела высокую пластичность сталь LD после выдержки при высокой температуре обработки на твердый раствор имела низкую пластичность. Для стали LD с низкой пластичностью получают более высокую длительную прочность. Результаты испытаний на высокотемпературную малоцикловую усталость сталей, термообработанных по обоим режимам, приведены на рис. 6.57 у высокопластичной стали HD усталостная долговечность в отличие от длительной прочности большая, кроме того, у этой стали более медленно снижается долговечность при увеличении времени выдержки. [c.237]

Совместные результаты испытаний на термическую усталость,, выполненных Комитетом по высокотемпературной прочности и авторами настоящей работы, представлены на рис. 7.8. Во всех случаях получены различные результаты по долговечности испытаний на внефазную и впутрифазную термическую усталость.. Это различие становится более заметным при повышении макси-, мальной температуры испытаний. Если сравнить полученные результаты с данными испытаний на высокотемпературную малоцикловую усталость при постоянной температуре, равной максимальной температуре испытаний на термическую усталость, то можно отметить, что при сравнительно низких заметной разницы не наблюдается. В частности, долговечность при внефазной термической усталости почти равна долговечности при малоцикловой усталости. Однако при повышении Тщах долговечность при внутрифазной термической усталости становится меньше. [c.253]

В работах [29, 31] исследовали циклическую прочность сплава Си-Сг-2г с ультрамелким зерном при мало- и многоцикловом нагружении В зависимости от термической обработки. Ультрамелкое зерно получали равноканальным угловым прессованием. Было показано, что получение ультрамелкого зерна (размером около 160 нм) не приводит к повышению долговечности в области малоцикловой усталости вне зависимости от режимов старения по сравнению с обычным материалом из технического сплава Си-Сг. Однако В области многоцикловой усталости были получены весьма высокие характеристики усталости по отношению к крупнозернистым медным сплавам, полученным обычной технологией (рис. 6.6). [c.215]

Влияние предела прочности, температуры испытания, концентрации напряжений и упрочнения новерхности на малоцикловую усталость сплавов ВТ8 и ВТ9 было исследовано в работе [257]. Испытание на повторно-статическое растяжение при 20, 200, 350, 450 и 500° С проводили на установках с пульсирующим знакопостоянным циклом нагружения с частотой 14 циклов в минуту. Определение прочности при малоцикловой усталости проводили на гладких и надрезанных образцах (кольцевой надрез глубины 1 мм, d =5 мм). Предел малоцикловой усталости определяли на базе 10 циклов. Влияние предела прочности на малоцикловую усталость изучали на гладких и надрезанных образцах (радиус надреза 0,1 мм, теоретический коэффициент концентрации напряжений 4—6) после стандартной термической обработки иВТМО, которая включала деформацию при 950—970° С с охлаждением в воде и последующее старение. [c.240]

Подход 1. Реальный цикл разбивается на составляющие, вызывающие статические повреждения на стационарных режимах, и пусковые режимы, вызывающие повреждения от малоцикловой усталости. Равенство запасов прочности для режимов по.ТУ и в ускоренных испытаниях на статических режимах (по несущей способности) и пусковых режимах (по местным напряжениям) обеспечивается независимо друг от друга. При этом также предполагается, что повреждение от термической усталости в условиях реального цикла определенной длительности (цикл с выдержкой) равно сумме повреждений от термической усталости в цикле без выдержки и от статической нагрузки во время выдержки, что является крайне грубым приближением. Поскольку определение местных напряжений производится на основе условно-упругих напряжений (Ае в формуле Мэнсона), то при этом не учитывается характер циклической нестабильности материала, что в свою очередь снижает точность обеспечения условий эквивалентности режимов. [c.554]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...