Материаловедческие критерии оценки надёжности металла, методы прогнозирования и продления ресурса стальных литых корпусных деталей паровых турбин высокого давления

• Автор: Гладштейн, Владимир Исаакович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 411 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

ТЕПЛОЭНЕРГООБОРУДОВАНИЯ

1 Л. Конструктивные особенности и условия работы металла

1.2. Теплоустойчивые стали для деталей теплоэнергетического оборудования

1.3. Повреждаемость металла в условиях ползучести

1.3.1. ЗАРОЖДЕНИЕ ТРЕЩИН

1.3.2. ДОКРИТИЧЕСКИЙ РОСТ ТРЕЩИН

1.3.3. ЛАВИННАЯ СТАДИЯ

1.4. Методы оценки и восстановления ресурса металла
1.4.1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РЕСУРСА
1.4.2. ПРИНЦИПЫ И МЕТОДИКА РЕСУРСНЫХ ОЦЕНОК
1.4.3. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ
1.4.4. МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕСУРСА
1.4.4.1. Снятие повреждённого слоя
1.4.4.2. Восстановительная термическая обработка
1.5. Работоспособность литого металла и проблема повышения ресурса
1.5.1. ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ЛИТОГО МЕТАЛЛА
1.5.2. ХАРАКТЕР И СТАТИСТИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ
1. 6 Цель и задачи работы, общие направления их решения
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ И ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА С РОСТОМ НАРАБОТКИ
2.1. Зоны повреждений корпусных деталей
2.2. Кинетика роста трещин на деталях
2.2.1. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СКОРОСТИ РОСТА ТРЕЩИН
2.2.2. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ
2.3. Исследование структуры и свойств металла на образцах из работающих деталей
2.3.1 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
2.3.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ 20 °С
2.3.3 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ РАСТЯЖЕНИИ (500...565 ОС)
2.3.4 ДЛИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ
2.4. Структурные изменения с ростом наработки
2.4.1 ОБОБЩЕНИЕ ДАННЫХ ПО ИЗМЕНЕНИЮ СТРУКТУРЫ
2.4.2 МЕХАНИЗМ РАЗУПРОЧНЕНИЯ СТАЛИ 15Х1М1ФЛ
Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ПОВРЕЖДАЕМОСТИ
ЛИТОЙ СТАЛИ ПРИ ВЫРАБОТКЕ РЕСУРСА
3.1. Характер трещин, структура и механические свойства металла в местах их образования
3.2. Структура металла, исчерпавшего ресурс
3.3. Изменение структуры и свойств при выработке ресурса
3.3.1 МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
3.3.2 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ 565 °С
3.3.3 КРИТИЧЕСКОЕ РАСКРЫТИЕ ПРИ УДАРНОМ НАГРУЖЕНИИ
3.3.4 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, РАЗМЕРЫ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАРБИДНЫХ ЧАСТИЦ 1
3.3.5 ДИСЛОКАЦИОННАЯ СТРУКТУРА МЕТАЛЛА
3.3.4 ПЛОТНОСТЬ МЕТАЛЛА , ОБЪЁМ И И КОЛИЧЕСТВО ПОР
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ РОСТУ ТРЕЩИН В УСЛОВИЯХ ПОЛЗУЧЕСТИ
4.1. Сопротивление началу роста трещины
4.1.1. КРИТЕРИЙ и МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1.2. УРОВЕНЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАЧАЛУ РОСТА ТРЕЩИНЫ
4.2. Сопротивление предельно допустимой скорости роста трещины
4.2.1. КРИТЕРИЙ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
4.2.2. СОПРОТИВЛЕНИЕ ДОКРИТИЧЕСКОМУ РОСТУ ТРЕЩИНЫ
4.3. Рост трещины в условиях ползучести и перегрузок при переменных режимах
4.4. Прирост трещины в период между пусками
4.4.1. КРИТЕРИЙ, МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
4.4.2 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ И ОБСУЖДЕНИЕ
Выводы по главе 4
ГЛАВА 5. ОЦЕНКА РЕСУРСА ПО ОТНОСИТЕЛЬНОЙ
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СТАДИЙ РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН
5.1. Силовые и температурные условия перехода в стадию долома
5.1.1. СРАВНЕНИЕ СИЛОВЫХ УСЛОВИЙ НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ РАЗРУШЕНИЯ
5.1.2. НАПРЯЖЕНИЕ ДОЛОМА И КРИТИЧЕСКАЯ СПЛОШНОСТЬ
5.1.3. РАСКРЫТИЕ ТРЕЩИНЫ И ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ЛАВИННОЙ СТАДИИ
5.2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ПО УРОВНЮ НАЧАЛЬНОЙ И КРИТИЧЕСКОЙ СПЛОШНОСТИ СЕЧЕНИЯ
5.2.1. АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ СПЛОШНОСТИ
5.2.2. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛА
5.2.3. ВЕЛИЧИНА НАЧАЛЬНОГО ДЕФЕКТА ДЛЯ НОРМАТИВНОГО РЕСУРСА
5.3. Соотношение времени живучести и времени начала роста трещины
5.3.1. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
5.3.2. ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ЖИВУЧЕСТИ ПО ДЛИТЕЛЬНОСТИ СТАДИИ ЗАРОЖДЕНИЯ
Выводы по главе 5
ГЛАВА 6. ШКАЛА ДОПУСТИМОЙ ПОВРЕЖДЁННОСТИ ТРЕЩИНАМИ
6.1 Стендовые исследования развития трещин
6.2. Расчётные исследования кинетики трещин

6.2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ БАЗОВЫХ УСЛОВИЙ ДЛЯ РАСЧЁТА И ЕГО
МЕТОДИКА
6.2.2 МАТЕРИАЛ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Выводы по главе 6
ГЛАВА 7. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ РЕСУРСА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ
7.1. Диагностика состояния и критерии надежности металла литых корпусов
7.2 Восстановительная термообработка
7.2.1. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛ ИССЛЕДОВАНИЯ
7.2.2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЖАРОПРОЧНОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ МЕТАЛЛА
7.2.3 АНАЛИЗ ФАКТИЧЕСКОГО РЕЖИМА ТЕРМООБРАБОТКИ
7.2.4 КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ МЕТАЛЛА ПОСЛЕ ВТО
Выводы по главе 7
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
Список литературы

менной. Характер разрушения после длительного нагружения изучали металлографически и при помощи растрового электронного микроскопа. Рядом с местом разрушения делали два надреза, по одному из которых образец разрушался в процессе последующих испытаний при комнатной температуре. В большинстве случаев трещина выходила от границ зерен и от тройной точки на границе зерен.
В плавке с 93% бейнита образовывались длинные цепочки микропустот вдоль первоначальной границы аустенитных зерен. В плавках с 10-20% бейнита возникали клиновидные трещины. При низких значениях удлинения до 5% при разрыве всегда происходит интенсивное образование микропустот независимо от продолжительности нагружения. Предполагается, что образование пустот вызвано процессом ползучести.
Особенности распределения микропустот по границам зерен влияют на пластичность материала при длительном нагружении и, следовательно, на характер разрушения. При хорошей пластичности трещина расширялась в клиновидную, при плохой - превращалась в объемную в виде поры. Такой переход от одного механизма разрушения к другому появлялся при относительном удлинении при разрыве 4... 10%. По - видимому, спорным является мнение /53/ о том, что длительную пластичность стали нельзя улучшить применением более высокой температуры отпуска.
В работе /41/ исследовано влияние состава и связанного с ним изменения структуры на характер разрушения литых сталей 1Сг-1Мо-1/4У и 1/4Сг-1/2Мо-1/4У, термообработанных по разным режимам. Испытания на ползучесть велись при температуре 575 °С. Установлено, что у образцов из обеих сталей большинство трещин носило интеркристаллитный характер. Подтверждено, что при особо низкой пластичности зарождение дефектов происходит на границах в виде пор, преимущественно на перпендикулярных по отношению и продольной оси.
В образцах с 10% бейнита около трети трещин связано с бейнитом. Если бейнита много (70%), то трещины могут зарождаться на границах бывших ау-