Воздействием переменных

Коррозионно-механическая стойкость и долговечность работы любого металлического оборудования в основном определяются изменениями, происходящими в тонкой структуре металла (плотность и конфигурация скоплений дислокаций, микродеформация кристаллической решетки) при его изготовлении и эксплуатации под воздействием механических напряжений, как правило, сопровождающихся одновременным воздействием окружающей коррозионно-активной среды. Величина и характер этих изменений существенно влияют на физико-механические и электрохимические свойства металлов, вызывая значительные отклонения параметров его исходного состояния. Это может привести к материально-техническим потерям из-за преждевременного выхода из строя металлического оборудования и необходимости его замены еще до выработки нормативного срока службы. Особенно интенсивно изменения субструктуры металла происходят при действии переменных нагрузок, причем эти изменения отличаются сложной кинетикой протекания [39], включающей в себя чередование стадий деформационного упрочнения и разупрочнения. Этот факт при общепринятой оценке усталостной долговечности не учитывается, и на макроуровне все материалы однозначно делятся на циклически упрочняющиеся, циклически стабильные и разупрочняю-щиеся. Поэтому при определении усталостной долговечности материалов различного оборудования необходим тщательный учет состояния их тонкой структуры в течение всего времени эксплуатации при заданных параметрах нагружения. Это возможно выполнить, так как существующие физические и электрохимические методы исследований (рентгенография, электронная микроскопия, микротвердость, твердость, прицельные электрохимические измерения) инструментально позволяют оценить локальные явления при усталости и коррозионной усталости. Между тем существующие нормы и методы расчета на прочность и долговечность оборудования, работающего в сложных, периодически изменяющихся, зачастую осложненных действием коррозионной среды условиях

Действительно, в ряде случаев условия эксплуатации поверхностных слоев значительно отличаются от условий эксплуатации всего остального материала изделия. Так, например, если деталь (изделие) должна определять общую прочность, которая зависит от свойств металла и его сечения, то поверхностные слои часто дополнительно должны работать на абразивный или абразивно-ударный износ (направляющие станин, зубья ковшей землеройных орудий, желоба валков канатно-подъемных устройств и др.). Условия работы могут усложняться повышенной температурой, эрозиопно-коррозионным воздействием окружающей среды — морской воды, различных реагентов в химических производствах и др. В качестве примера ложно указать клапаны двигателей, уплотните л ыше поверхности задвижек, поверхности валков горячей прокатил и т. п.

Слой материала детали у поверхности насыщения, отличающийся от исходного по химическому составу, называется д и ф ф у з и о н-н ы м ело е м. Материал детали под диффузионным слоем, не затронутый воздействием окружающей активной среды, называют сердцевинои

ловлёна наличием примесей, поверхностных 'дефектов и воздействием окружающей среды. С целью преодоления несоответствия между величинами прочности и упругости при пониженных температурах (более высокий предел упругости) было предложено [5] ввести понятия о двух видах разрушения: от нормальных напряжений (отрыв, кристаллический излом) и от касательных напряжений (срез, волокнистый излом), причем первый не зависит ни от температуры, ни от скорости деформации. Однако это не оказалось полезным.

Это было обнаружено экспериментально. Однако более достоверными исследованиями [1, 13] доказано, что красноломкость не является природным свойством чистых металлов, а вызывается наличием примесей и воздействием окружающей среды. Так, например, свинец при значительном содержании в меди придает ей хрупкость в значительном интервале температур вплоть до температуры плавления. При меньшем содержании свинца высокотемпературная хрупкость устраняется вследствие закономерного повышения его растворимости в меди. При дальнейшем уменьшении содержания свинца температурная зона красноломкости сокращается и, наконец, полностью исчезает.

Красноломкость вызывается также избирательным воздействием окружающей атмосферы (например, кислорода воздуха) на границы зерен, которое часто имеет место при средних температурах (избирательное окисление. При высоких же температурах наблюдается общее окисление или образование защитных оксидных пленок.

Итак, Ti-сплавы с пластинчатой двухфазовой (а? + (^-структурой и фрагментами структуры переходного типа могут характеризоваться существенным разбросом в долговечности и СРТ, связанным с особенностями их текстуры, воздействием окружающей среды, вариациями долевых отношений легирующих элементов в рамках допустимого химического состава и наличием даже в допустимых пределах примесных элементов и газов.

где lSfl ] — матрица податливости (обращение матрицы жесткости); ег — температурные или другие деформации, вызванные воздействием окружающей среды, такие как усадка в процессе отверждения или фазовых превращений, разбухание, вызванное адсорбцией жидкостей (влаги), газов или продуктами деления (эффект Вигнера).

d{ — символ частной производной по г'-й переменной (г = х, у, t)', Е^, ЕТ — модули упругости в направлениях, параллельном и перпендикулярном волокнам; ei — деформации, вызванные воздействием окружающей среды,

Как уже отмечалось в гл. 4, температурные, а также другие деформации, связанные с воздействием окружающей среды, можно учесть введением дополнительных членов в физические соотношения.

Межкристаллитной коррозией металлических сооружений называется разрушение их, происходящее преимущественно по границам кристаллов (зерен) металла под воздействием окружающей коррозионной среды и постоянных или переменных механических напряжений. Межкристаллитная коррозия наблюдается в основном на свинцовых оболочках подземных кабелей различного назначения.

Коррозионная усталость - процесс постепенного накопления повреждений, которые обусловлены одновременным воздействием переменных нагрузок и коррозионно-активной срелы, приводящим к уменьшению долговечности и снижению запаса циклической прочности. Коррозионная усталость является частным случаем коррозии под напряжением.

Коррозионная усталость — процесс постепенного накопления повреждений, которые обусловлены одновременным воздействием переменных нагрузок и коррозионно-активной среды, приводящим к уменьшению долговечности и снижению запаса циклической прочности.

Усталость металла — один из видов физического износа. Это процесс постепенного изменения работоспособности деталей под воздействием переменных по величине и направлению нагрузок. Усталость проявляется в виде трещин, называемых усталостными, которые возникают преимущественно в деталях, испытывающих при работе многократные знакопеременные циклические нагрузки. Чаще всего они возникают в местах концентрации напряжений — расположения технологических дефектов типа несплошностей, галтелях, у отверстий, в местах резкого перехода, глубоких рисок и т. д. Возникновению усталостных трещин способствуют тдкже структурная неоднородность металла и местные повреждения в виде забоин, рисок, вмятин, царапин, появляющихся при неправильном техническом обслуживании оборудования.

Это процесс постепенного накопления повреждений материала под воздействием переменных напряжений и коррозионно-активных сред, приводящий к изменению свойств, образованию коррозионно-усталостных трещин, их развитию и разрушению изделия. Этому виду разрушения в определенных условиях могут быть подвержены все конструкционные материалы на основе железа, алюминия, титана, меди и других металлов. Опасность коррозионно-усталостного разрушения заключается в том, что оно протекает практически в любых коррозионных средах, включая такие относительно слабые среды, как влажный воздух и газы, спирты, влажные машинные масла, не говоря уже о водных растворах солей и кислот, в которых происходит резкое, иногда катастрофическое снижение предела выносливости металлов. Поэтому коррозионная усталость металлов и сплавов наблюдается во всех отраслях техники, но наиболее она распространена в химической, энергетической, нефтегазодобывающей, горнорудной промышленности, в транспортной технике. Коррозионно-усталост-ному разрушению подвергаются стальные канаты, элементы бурильной колонны, лопатки компрессоров и турбин, трубопроводы, гребные винты и валы, корпуса кораблей, обшивки самолетов, детали насосов, рессоры, пружины, крепежные элементы, металлические инженерные сооружения и пр. Потеря гребного винта современным крупнотоннажным судном в открытом океане приносит4 убытки, исчисляемые миллионами рублей.

К данной группе относятся в первую очередь стали, применяемые для изготовления корпусов судов, испытывающие высокие напряжения и большие переменные и, зачастую, ударные нагрузки. Стали, применяемые для этой цели, должны быть достаточно пластичными, допускающими местные пластичные деформации и не иметь склонности к хрупкому разрушению в случаях перегрузок, для обеспечения сохранности конструкции в целом. В технологическом аспекте стали должны обладать хорошей свариваемостью. Примерно такие же требования предъявляются к сталям, предназначенным для изготовления корпусов вагонов, несущих деталей локомотивов, мостов и других конструкций, работающих под воздействием переменных динамических нагрузок.

Таким образом, для определения резонансных амплитуд колебаний шестерен I ж II ступеней (4, 6, 11 — по рис. 4) редуктора по ветвям турбин высокого и низкого давления достаточно решить дифференциальные уравнения типа (14). В силу специфики структуры дифференциальных уравнений (14) отпадает необходимость в определении коэффициентов демпфирования всех масс сиетемы. Оказывается достаточным найти коэффициенты демпфирования лишь тех масс, амплитуды колебаний которых определяются для резонансного режима. В том случае, если зацепления колес и шестерен редуктора были бы выполнены с идеальной точностью и звенья зубчатого механизма были бы абсолютно жесткими, не наблюдалась бы неравномерность вращения колес и шестерен. Однако благодаря неизбежно возникающим при изготовлении периодическим погрешностям шага и профилей зубьев, а также вследствие деформаций зубьев под нагрузкой при работе зубчатой передачи возникают периодические нарушения равномерности вращения и, следовательно, аналогичные изменения передаваемого системой момента. Вследствие этого все вращающиеся элементы системы находятся под воздействием переменных по времени сил, которые и могут в этом случае рассматриваться как возбуждающие.

Термин «усталость», как указывает Е. С. Сорокин [Л. 45], был приемлем, когда господствовало мнение об изменении механических свойств и структуры материала под систематическим воздействием переменных нагрузок- Но эта гипотеза, как показали дальнейшие исследования, не нашла подтверждения. Поэтому термин «усталость» носит лишь символическое значение. Обычно под пределом усталости понимают наименьшее значение предела выносливости.

Сварные детали машин часто работают под воздействием переменных нагрузок, приближенно аппроксимируемых регулярным нагружением (ГОСТ 23207-78) по периодическим законам с одним максимумом и минимумом в цикле. При соблюдении статической равнопрочности основного металла и сварного шва усталостное разрушение происходит по основному металлу

Под сопротивлением усталости элементов конструкций понимается их способность не разрушаться под воздействием переменных нагрузок в течение заданного времени нагружения. Предполагается, что уровень воздействий таков, что возникающие при этом пластические деформации в металле в процессе нагружения настолько малы, что без специальных исследований Обнаружить их затруднительно, т. е. в основном металл в процессе нагружения претерпевает только упругие деформации. В случае более высокого уровня воздействий, когда пластические дефор-ма*ции становятся заметными, а долговечность относительно невелика, возникает малоцикловая усталость.

Влияние коррозии. Резкое снижение пределов выносливости получается при воздействии коррозионной среды (например, пресной или морской воды) на металл детали или образца в процессе их усталостных испытаний. Явление постепенного накопления повреждений в металле под воздействием переменных напряжений и коррозионной среды называется коррозионной усталостью.

Горячая масса фильтруется на нутч-фильтре 10 через бель-тинг, уложенный на деревянной решетке. Нутч-фильтр изготовляется из нержавеющей или из углеродистой стали, в последнем случае он подвергается бакелитированию, которое периодически возобновляется, так как покрытие часто растрескивается под воздействием переменных температур и механических деформаций*. Фильтрат, содержащий растворенный сахар и глюконат кальция, собирается в емкости и после концентрирования используется для пополнения кювет в бродильном цехе.