ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 116
Скачиваний: 0
применения указанной |
зависимости справедливо равенство |
7,i(C + |
lgT;) = 7’2(C-b lgTp), |
которое позволяет для определенного напряжения, получив экспериментально время до разрушения при заданной темпера туре Т X, вычислить его для другой температуры Т 2.
Использование параметрической зависимости Ларсона—Мил лера ограничено следующими условиями: структурные изменения в металле при температурах Т г и Т 2 не должны иметь существен ных различий; для перлитных сталей эквивалентная темпера тура, превышающая заданную, не должна быть близка к крити ческой точке Aclt когда в этих сталях может развиваться сфероидизация цементитной составляющей, и т. д. Погрешность расче тов с применением указанной параметрической зависимости составляет ±10%, а в отдельных случаях может достигнуть и 30— 40%. Это необходимо учитывать при пользовании графиками пара метрической зависимости, которые весьма широко распростра нены в отечественной и зарубежной литературе.
Испытания на длительную прочность проводят не только на гладких, но и на надрезанных образцах. Под влиянием продол жительного нагружения при высоких температурах надрезанные образцы многих металлов разрушаются значительно раньше, чем гладкие.
Отношение пределов длительной прочности надрезанного и гладкого образцов за данный срок службы п называют коэффи циентом прочности в надрезе
к__ °д . п. н
Если Кп < 1, то металл считают чувствительным к надрезу. Если Кп^> 1> то металл считают нечувствительным к надрезу при данной длительности испытания. У металлов, которые нечув ствительны к надрезу, кривая длительной прочности надрезанных образцов (на диаграмме, где по оси ординат отложено время до разрушения, а по оси абсцисс — значения длительной прочности) располагается выше кривой длительной прочности гладких об разцов. Однако с изменением температуры и длительности испы таний соотношение длительной прочности надрезанных и гладких образцов одного и того же металла может измениться. Поэтому для оценки чувствительности металла к надрезу проводят дли тельные (до 10 000 ч и более) испытания надрезанных и гладких образцов при различных температурах.
Характеристики длительной прочности металла широко исполь зуют при расчетах на прочность деталей паровых турбин, рабо тающих при высоких температурах. При этом коэффициент запаса прочности по отношению к пределу длительной прочности обычно принимают равным 1,65 для деформированного металла и 2,0—■ для литой стали.
100
Допускаемые напряжения, как было сказано выше, определяют также и по данным кратковременных испытаний на растяжение и испытаний на ползучесть при соответствующих температурах. Для расчетов выбирают минимальное из значений допускаемых напряжений, определенных по результатам трех видов испытаний металла.
И С П Ы ТА Н И Я НА РЕЛ АК С А ЦИЮ
Многие детали турбин работают в условиях:
длительного воздействия усилий, вызывающих первоначально упругую деформацию деталей;
длительного воздействия высоких температур; неизменной в процессе эксплуатации величины деформации
деталей (вследствие наличия тех или иных внешних ограни чений).
При подобном сочетании условий наблюдается падение напря жений, первоначально заданных металлу деталей. Это явление самопроизвольного снижения напряжений называют релаксацией. Начальная упругая деформация постепенно уменьшается, одно временно возрастает пластическая деформация детали при постоян ном значении суммарной деформации в процессе эксплуатации. Релаксация, так же как и ползучесть, характеризуется нарастаю щей во времени пластической деформацией детали. Однако в чи стом виде релаксация напряжений происходит без изменения начальной деформации детали. Основная зависимость, характе
ризующая процесс релаксации, |
|
ги + ер = |
8о ~ const, |
где ги— упругая деформация; |
гр — пластическая деформация; |
е0 — начальная суммарная деформация.
Как показывают результаты исследований, скорость релакса ции возрастает с увеличением начального напряжения и темпера туры и зависит от химического состава стали, термической обра ботки, величины зерна и микроструктуры.
В качестве типичных примеров релаксации могут служить явления, протекающие в болтах фланцевых соединений. Упру гий натяг болтов создает необходимую плотность соединения. С течением времени при высоких температурах упругая деформа ция материала болтов и шпилек переходит в пластическую и
натяг болтов или шпилек |
снижается. Фланцевые соединения |
в связи с этим ослабляются, |
и их приходится периодически под |
тягивать. |
|
Вдеталях сочленений, работающих в состоянии посадок, при длительном воздействии высоких температур имеет место релак сация, снижающая напряженность посадки.
Вначальный период релаксации напряжение снижается быстро, затем скорость этого снижения уменьшается (рис. 42),
101
Широко распространен метод изучения релаксации при изги бающих напряжениях на кольцевых образцах, предложенных И. А. Одингом (см. рис. 40). Напряжение в образце создают, вводя клин К в прорезь СС. Кольцо с клином помещают в печь при заданной температуре на определенное время, затем извле кают из печи и охлаждают, после чего клин удаляют и измеряют раскрытие кольца. Напряжения на наружных волокнах расчет ной части образца прямо пропорциональны величине раскрытия кольца А. Если эти напряжения таковы, что образец претерпевает только упругую деформацию, то после удаления клина концы образца сблизятся на величину А до первоначального размера прорези СС. Если же общая деформация представляет собой
сумму упругой и пластиче ской деформации, то после удаления клина концы об разца сблизятся тем меньше, чем больше пластическая де формация.
Остаточное раскрытие кольца Ах после удаления клина позволяет, используя отмеченную выше зависи
мость между раскрытием
Рис. 42. кривая релаксации (схематическая) кольца и напряжением, опре
делить снижение напряже ния. Повторив несколько раз на одном и том же образце ана логичную операцию, строят кривую ' релаксации. Напряжение в крайних волокнах рабочей части кольцевого образца в за висимости от раскрытия кольца А приближенно определяют по формуле
ст = ЕАА,
где Е — модуль упругости исследуемого металла; А — коэффи циент, равный 0,000583.
По данным многих исследований, введение в среднеуглеро дистую сталь хрома, ванадия и, особенно, молибдена способ ствует повышению релаксационной стойкости. Большое влияние оказывают структура стали, размер зерна. Релаксационная стой кость при 400—450° С у стали с пластинчатым перлитом выше, чем у стали с зернистым перлитом. Нормализация с последую щим отпуском сообщает хромомолибденованадиевым сталям бо лее высокую релаксационную стойкость, чем закалка с отпуском. В аустенитных сталях наибольшая релаксационная стойкость наблюдается при высокой стойкости твердого раствора и упроч нении мелкодисперсными выделениями избыточных фаз. В этих
сталях |
релаксационная стойкость резко |
снижается |
при выде |
лении |
феррита и н а л и ч и и 8 структуре |
нестойких |
карбидных |
фаз. |
і |
|
|
102 |
|
|
|
|
|
|
ИСП Ы ТА Н И Я НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ П Е Р Е М Е Н Н Ы Х Н А П Р Я Ж Е Н И Я Х
Высокие температуры оказывают большое влияние на прочность металла, работающего в условиях повторно-переменных нагрузок. Примером деталей, работающих в таких условиях, могут служить рабочие лопатки. Для оценки влияния высоких температур на прочность металлов при переменных напряжениях применяют специальные методы исследований. Испытательные машины в этом случае снабжены электрическими печами, в рабочем простран стве которых образцы находятся в течение всего процесса испыта ния.
Предел выносливости конструкционных сталей и сплавов снижается с повышением температуры тем значительнее, чем длительнее время нагружения. Поэтому характеристики предела выносливости при высоких температурах носят в известной сте пени условный характер и зависят от продолжительности испы таний, т. е. от количества циклов нагружения и их частоты. База испытаний, принятая при нормальной температуре равной,
например, 10 млн. циклов, |
недостаточна. |
При высокотемператур |
ных испытаниях обычно |
рекомендуется |
база, равная 5 -ІО7— |
1. ІО8 циклам. |
|
|
Для определения границ «вилки» нагрузок перед испытанием на усталость при высоких температурах желательно иметь ориен тировочное представление о величине предела выносливости. Для предварительного приближенного определения этой величины применяют расчетный метод, основанный на использовании резуль татов статических испытаний на растяжение. С этой целью были проведены испытания стали 1X13 на растяжение при высоких тем пературах до 500° С. На основании результатов этих испытаний был приближенно подсчитан предел выносливости при данной температуре
о_ц = 0,25 (аві 4- oTt) + 5 кгс/мм2,
где ові и art — соответственно пределы прочности и текучести стали при температуре испытания.
Условия испытаний цилиндрических полированных образцов с плавными переходами от рабочей части к головкам, с равномерно распределенными по всей длине рабочей части образца напряже ниями от чистого изгиба при постоянной частоте вращения сле дует считать весьма благоприятными для получения высоких абсолютных значений предела выносливости. На рабочих лопат ках и других деталях турбин, работающих при повышенных тем пературах и переменных напряжениях, действительный предел выносливости ниже найденного при испытании образцов. Осо бенно существенно снижают предел выносливости концентраторы напряжений: острые кромки, малые переходные радиусы, отвер стия под бандажную проволоку, риски на поверхности лопатки и т. д.
103