Длительной термической

В дальнейшем производятся проверочные расчеты остаточной работоспособности по критериям длительной статической и коррозионной трещиностойкости малоцикловой прочности и трещиностойкости в нейтральных и коррозионных средах, Ниже приведены рекомендации по выполнению проверочных расчетов по указанным критериям, опубликованные при участии автора в работе [31].

Для изготовления дисков турбин и защищающих их от температурного воздействия плоских дефлекторов необходимы материалы с высокой жаропрочностью, которая должна быть реализована в течение длительного периода эксплуатации. Имевшие место в эксплуатации полные или фрагментарные разрушения дисков свидетельствовали о том, что в некоторых случаях при низкой жаропрочности материала может иметь место потеря длительной статической прочности материала в пределах существующего ресурса. Такие случаи единичны и они в большей степени относятся к состоянию материала, которое корректируют применительно к реализуемому процессу производства деталей. Случаи потери длительной статической прочности дисков не будут рассмотрены в данной монографии, которая посвящена только процессу усталостного разрушения.

рождения трещин по высоте пера лопатки. Этот факт может быть объяснен тем, что лопатка испытывает одновременно температурное и силовое воздействие. При наличии остаточных напряжений в материале по кромке лопатки, которые распределены неоднородно, в сочетании с напряжениями от статического растяжения и нагрева происходит появление трещин по механизму длительной статической прочности (ползучести) с той однородностью, которая свойственна материалу. Влиянием возможного рассеяния наработки лопаток непосредственно из-за различий в периоде роста усталостных трещин можно пренебречь.

Такой же вывод следует и из анализа распределения случаев возникновения трещин в лопатках по наработке. Наибольшее число случаев удовлетворяет нормальному закону распределения, но лопатки, наработка которых превышает 60 % от назначенного им ресурса, явно выходят за рамки распределения по наработке остальных лопаток. Имеет место только два случая разрушения лопаток (из 48 всех случаев возникновения трещин), когда их наработка существенно превысила наработку всех остальных лопаток — 12006 и не менее 14676 ч. Такая ситуация не может быть отнесена к особенностям повреждения материала лопаток. В лопатке с максимальной наработкой не было выявлено признаков нерекристаллизованных зерен, поэтому возникновение в ней первоначальной межзеренной трещины из-за длительного статического разрушения обусловлено естественной утратой лопаткой своего ресурса. Поэтому две лопатки с максимальной наработкой в эксплуатации, существенно отличающихся от всех остальных лопаток, следует относить к другому распределению. Они характеризуют рассеяние непосредственно лопаток без повреждений в тех условиях эксплуатации, в которых начинается исчерпание долговечности лопаток по критерию длительной статической прочности. Это подтверждается и сечением разрушения последней лопатки с максимальной наработкой. Расстояние от основания лопатки до плоскости разрушения составило 148 мм, что находится в середине диапазона (121 + 177)/2 = 149 мм для всех лопаток с трещинами.

Существующие наработки лопаток около 10000 ч и указанные выше характеристики процесса разрушения лопаток из-за ползучести при термических циклах нагружения в пределах указанной выше наработки после ремонта позволили утверждать, что потеря длительной статической прочности лопаток была связана с повышенными монтажными напряжениями в сечениях, прилегающих к бандажным полкам лопаток.

С точки зрения оценки предельного состояния лопаток в эксплуатации представили интерес две разрушенные лопатки № 4, в которых развитие усталостных трещин произошло от первоначально сформированной зоны межзеренного разрушения в результате потери лопаткой длительной статической прочности. Причем наработка лопаток 7357 и 8650 ч в эксплуатации приблизилась к существующему их предельному ресурсу в 12000 ч.

В процессе испытаний при длительном малоцикловом нагру-жении осуществляется сочетание процессов ползучести (релаксации) и накопления длительных статических повреждений, с одной стороны, и процессов циклического пластического деформирования и накопления усталостных повреждений, с другой, причем эти процессы могут влиять друг на друга. Поэтому изучение сопротивления длительному малоцикловому деформированию и разрушению (длительной малоцикловой прочности) должно основываться на закономерностях ползучести и длительной статической прочности и на закономерностях малоцикловой усталости и сводится к установлению закономерностей этого взаимного влияния.

нительно низких температур, где основное влияние оказывают циклические пластические деформации и накопление усталостных повреждений, и область высоких температур, где, по-видимому, преобладает влияние ползучести и длительных статических повреждений. Это необходимо также и для получения исходных данных для разработки параметрических зависимостей длительной малоцикловой прочности, аналогичных зависимостям, разработанным для длительной статической прочности (типа Ларсена— Миллера и т. д.). Этим требованиям в известной мере отвечают испытания при длительном мягком нагружении, т. е. при постоянной амплитуде напряжений, и при длительном жестком нагружении, т. е. при постоянной амплитуде суммарных (упругости, пластичности и ползучести) деформаций.

Установлено, что повреждаемость материала вызывает снижение характеристик кратковременной и длительной прочности, ползучести и многоцикловой усталости, а также изменение многих физических характеристик, которые в ряде случаев становятся мерой количественной оценки степени повреждаемости материала [49]. Структурные изменения, протекающие непрерывно в процессе нагружения, формируют повреждения, которые вызывают видимые нарушения сплошности материала (макротрещины и др.), характеризуемые как повреждения конструктивного элемента, вид которых, определяется характером действующей нагрузки (усталостной, статической, длительной статической).

Критерии, основанные на характеристиках длительной статической прочности. В случаях, когда термоциклическое нагруже-ние производят с длительными выдержками на максимальной температуре цикла, в качестве критерия прочности можно и> яользовать характеристики длительной прочности и ползучести ([95, 100] и др.). Так, Тайра [100] предлагает определять долговечность при асимметричном неизотермическом цикле нагружения по уравнениям -ползучести, вычислив эквивалентные значения напряжения и температуры за цикл нагружения. При вычислении ОЭКБ и 4кв предполагают справедливым линейный закон

по кривой длительной прочности, a %\ —• время до разрушения при испытании на термическую усталость), то предельная кривая разрушения при термической усталости в координатах напряжение — время будет смещена по оси времени на величину коэффициента у. При независимости коэффициента у от уровня нагрузки в логарифмических координатах кривая параллельна прямой АВ, характеризующей длительную прочность материала (рис. 97). Запишем уравнение для определения запаса прочности, выразив его через характеристику длительной статической прочности.

1) сохраняющие исходную гетерогенную структуру в процессе длительной термической обработки. Например, покрытия в системах MoSi2(SiC) — борокремнеземный . расплав (рис. 2,

Картина термической усталости осложняется тем, что для характеристики данного разрушения является существенным не только число циклов, уровень максимальной и минимальной температуры цикла, но и длительность .нагружения. Последний фактор имеет тем большее значение, чем выше температура цикла. Поэтому необходимо тщательное изучение и учет всех факторов при анализе разрушения от длительной термической усталости.

Роль статического повреждения, столь характерного для реальных режимов теплосмен, оценивают с помощью специальных термоусталО'Стных испытаний по термическому циклу с выдержкой при максимальной температуре. Термоусталостное разрушение в таких условиях называется длительной термической усталостью.

Сопротивление термической усталости материала, поврежденного наклепом, которое при испытаниях с выдержками при максимальной температуре цикла определяется в значительной мере этими характеристиками, также существенно меньше, чем при испытаниях без выдержки на /max. Циклический наклеп уменьшает пластичность, которая во многом определяет сопротивление длительной термической усталости. В табл.- 13 приведены данные, свидетельствующие о взаимосвязи релаксационных и термоусталостных характеристик материалов, Сплавы

Прим е ч а н и е Ковкий чугун применяется ь основном для небольших oi-ливок, работающих в условиях динамических нагрузок, а также требующих ^ыеэначи- ; тельной рихтовки. Главной причиной его ограниченного применения являются технологические затруднения в процессе изготовления отливок, необходимость длительной термической обработки, ограниченные допускаемые размеры сечений (не более 50—40 мм) и др. ;

Ковкий чугун применяется в основном для небольших отливок, работающих в условиях динамических нагрузок, а также требующих незначительной рихтовки. Главной причиной его ограниченного применения являются технологические затруднения в процессе изготовления отливок, необходимость длительной термической обработки, ограниченные допускаемые размеры сечений (не более 30—40 мм) и др.

По данным табл. I. 43 можно сделать заключение, что рениевое покрытие не приводит к снижению пластичности сплава ВМ1 даже после высокотемпературной длительной термической обработки.

Рассмотрим влияние выдержки между циклами (режим длительной термической усталости в отличие от кратковременной при непрерывном чередовании нагревов и охлаждений) на число циклов до разрушения [2]. При постоянной максимальной температуре цикла

На основании исследований аустенитной стали 12Х18Н9Т в режимах с релаксацией напряжений в интервале максимальных температур цикла 550—900° С было установлено более сложное, чем для кратковременной термоусталости, влияние максимальной температуры и величины стесненной деформации в цикле на долговечность. При длительной термической усталости в некоторых интервалах максимальных температур наиболее сильно проявляется временная зависимость сопротивления термической усталости. В остальных областях долговечность снижается в меньшей степени.

Зависимость степени снижения числа циклов до разрушения от стесненной деформации объясняется тем, что пластическая деформация при длительной термической усталости состоит из кратковременной циклической деформации и накапливаемой при длительных выдержках деформации ползучести. Если первая состав-40

где тц — длительность одного цикла; е — полная деформация за цикл; С2, к2, Ь — коэффициенты, определяемые экспериментально. При отсутствии временной зависимости коэффициент Ъ = 0. По некоторым экспериментальным данным предлагаемая временная зависимость длительной термической усталости не является универсальной и хорошо выполняется только при определенной выдержке при Ттах [7]. Зависимость между тц и N в логарифмических координатах не всегда выражается прямой линией, тогда как зависимости термической усталости сталей 12Х18Н10Т и 37Х12Н8Г8МФБ (1§ е от!§Л/) сохраняли линейность в диапазоне значений тц = 1,3н-120 мин. Это объясняется изменением физической сущности процессов деформирования при повышении тем-пературы'и увеличении длительности цикла, так как при длительности цикла более 3 мин лимитирующим фактором при высоких температурах являются временные процессы накопления статической повреждаемости. Оценивать длительную термическую усталость можно с помощью метода, который основан на необходимости наряду с долговечностью (по числу циклов) рассматривать зависимость времени до разрушения материала от длительности температурного цикла. В этом случае уравнение (10), справедливое для различных, но постоянных значений амплитуды деформации за цикл, можно записать в виде