Файл: Сичиков, М. Ф. Металлы в турбостроении.pdf

Термическая обработка горячекатаных сталей 1X13 и 2X13 предусматривает после прокатки отжиг при температуре 870— 900° С или высокий отпуск при 740—780° С. В зависимости от содержания углерода в стали закалку выполняют с темпера­ туры 950— 1050° С в масле или на воздухе (нормализация). Для заготовок больших сечений предпочтительнее закалка в масле. Отпуск проводят обычно при температуре 600—750° С с охлажде­ нием на воздухе.

В табл. 11 приведены механические свойства стали 1X13 после закалки с 925— 1000° С на воздухе или в масле и отпуска при различных температурах. Механические свойства сталей 1X13 и 2Х13 после термической обработки должны удовлетворять требованиям, предъявляемым техническими условиями турбострои­ тельных заводов (табл. 12). Микроструктура стали после указан­ ной термической обработки — сорбит. Часто наблюдается ориен­ тация сорбита по мартенситу. На продольных шлифах из прока­ танных заготовок встречается полосчатое расположение струк­ турных составляющих. На рис. 48 показаны структуры терми­ чески обработанных хромистых нержавеющих сталей.

11.Механические свойства стали 1X13

взависимости от температуры отпуска

127

Рис. 48. Структура термически обработанной хромистой нержавеющей стали (Х 400)

128

Высокую коррозионную стойкость хромистая сталь приобре­ тает после термической обработки; при прочих равных условиях эта стойкость тем выше, чем меньше в стали содержание углерода.

Кривые, показывающие изменение в зависимости от темпера­ туры характеристик прочности и пластичности термически обра­ ботанных сталей 1X13 и 2X13 и полученные при испытании этих сталей на кратковременный разрыв, приведены на рис. 49. Резкое снижение пределов прочности и текучести наблюдается тогда, когда температура испытаний превышает 300—350° С. В интер­ вале температур от 300—350° С до 600° С показатели прочности снижаются по круто падающей кривой. Показатели же пластич­ ности, наоборот, повышаются, особенно относительное сужение.

Ударная вязкость хромистых сталей весьма высока. Величина удельной работы удара ая как для стали 1X13, так и для стали 2X13 во многих Случаях превосходит указанные в табл. 12 минималь­ ные значения и достигает 18—20 кгс-м/мм2 и более.

13. Результаты испытаний на усталость сталей 1X13 и 2X13

Для сталей, из которых изготовляют лопатки, важное значе­ ние имеет величина предела выносливости в условиях рабочих температур. Были проведены исследования горячекатаной нержа­ веющей стали 1X13 сечением 25x25 мм, имеющей следующий химический состав (в %):

После закалки с 1000° С в масле и отпуска при 650° С с охла­ ждением на воздухе сталь имела следующие механические свой­

установке для испытаний на выносливость вращающихся в спе­ циальной электрической печи цилиндрических образцов 0 7,52 мм. Полученные значения предела выносливости приведены в табл. 13, где даны также результаты испытаний стали 2X13, выполненных на описанной установке по аналогичной методике.

Предел выносливости хромистой нержавеющей стали при ком­ натной и высоких температурах значительно снижается, если на образце выполнен надрез для создания концентрации напряжений. В табл. 14 приведены результаты испытаний при различных температурах на растяжение, удар и выносливость гладких и над­ резанных образцов стали 1X13 (содержащей 0,13—0,14% С и 13,2—13,6% Сг) после закалки с 1030—1050° С в масле и отпуска при 680—700°С с охлаждением на воздухе.

14. Результаты испытаний гладких и надрезанных образцов стали 1X13

Данные выполненного на одном из турбостроительных заводов исследования гладких и надрезанных цилиндрических образцов из стали 1X13, подвергнутой различной термической обработке, приведены в табл. 15.

15. Результаты испытаний гладких и надрезанных образцов высокохромистой стали 1X13

после различных видов термической обработки

130

Важной характеристикой работоспособности металлов в усло­ виях повторно-переменных или знакопеременных нагрузок яв­ ляется циклическая вязкость — способность металла поглощать без разрушения энергию при воздействии переменных цикличе­ ски повторяющихся нагрузок. При одинаковых пределах выносли­ вости более высокой работоспособностью при переменных нагруз­ ках обладает тот металл, циклическая вязкость которого выше.

Логарифмический декремент затухания колебаний, характери­ зующий уменьшение амплитуды за один цикл колебаний, позво­ ляет оценивать циклическую вязкость металла. Декремент зату­ хания лопаток из сталей 1X13 и 2X13 после длительной эксплуа­ тации в определенных условиях может изменяться. Исследова­ нию были подвергнуты 120 лопаток одной из ступеней паровой турбины, находившейся в эксплуатации в течение 12 000 ч, и 60 новых лопаток той же ступени. Было установлено, что декре­ мент затухания уменьшился после длительной эксплуатации более чем вдвое. Изменений механических свойств и микроструктуры металла лопаток обнаружено не было. Декремент затухания коле­ баний является характеристикой состояния металла, весьма чув­ ствительной к происходящим в нем изменениям. На величине циклической вязкости существенно сказывается термическая об­ работка и структурное состояние металла. Обычно наибольшие для данной стали значения относительного затухания колебаний наблюдаются после отжига, а наименьшие — после закалки (для закаливаемых сталей). Структурные изменения в стали, способ­ ствующие повышению ее сопротивляемости пластической деформа­ ции, понижают способность стали поглощать колебания.

Вследствие снижения декремента затухания знакопеременные напряжения, которые испытывает металл вибрирующей лопатки, могут привести в известных условиях резонансных явлений к раз­ рушению лопаток и в тех случаях, когда эти напряжения ниже предела выносливости, определенного экспериментально в ана­ логичных условиях на новом материале. Были проведены опыты, пока в ограниченных масштабах, по восстановлению снизившегося после длительной эксплуатации декремента затухания металла лопаток термической обработкой — отпуском при температуре, примерно в 2 раза меньшей обычной температуры отпуска после закалки данной стали. Опыты дали положительные результаты.

Стали 1X13 и 2X13 характеризуются высокой способностью гасить колебания, что является весьма ценным их достоинством как металла лопаток турбин. С повышением температуры логариф­ мический декремент колебаний этих сталей снижается, однако при 400—450° С остается еще относительно высоким.

Исследования влияния структурных факторов на внутреннее трение стали 1X13 показали, что, как и для многих других сталей, ее внутреннее трение определяется состоянием пластической со­ ставляющей структуры. Закаленная сталь 1X13 имеет структуру мартенсита; способность гасить колебания у стали в этом состоя­