SU1456612A1

SU1456612A1 - Способ определени остаточного ресурса крупногабаритной детали

Info

Publication number: SU1456612A1
Application number: SU874250072A
Authority: SU
Inventors: Владимир Исаакович Гладштейн; Нина Львовна Шербаум; Евгения Яковлевна Векслер; Александр Львович Горбачев; Валентин Михайлович Чайковский
Original assignee: Всесоюзный Теплотехнический Научно-Исследовательский Институт Им.Ф.Э.Дзержинского
Priority date: 1987-04-16
Filing date: 1987-04-16
Publication date: 1989-02-07

Abstract

Изобретение позвол ет повысить точность определени остаточного ресурса крупногабаритной детали. Поверхность детали, подверженной эксплуатационной нагрузке, контролируют и фиксируют образование дефектов, в качестве времени tr, начала роста которых принимают врем образовани дефекта глубиной 0,1-0,3 толщины стенки детали. Из выбранного в зоне дефекта и в зоне выборки образцов металла изготавливают шлифы, по которым определ ют средний диаметр d, . частиц карбидов и среднее рассто ние , между ними соответственно дл каждой зоны, в которых также определ ют предел текучести металла , . Из зоны вырезки образцов делают выборку металла , из которой изготавливают образец. На последнем делают надрез, моделирующий начальный дефект, и провод т испытание образца длительной нагрузкой при рабочей температуре до разрушени , в результате чего определ ют относительную продолжительность Pg распространени дефекта. Остаточный ресурс рассчитьгоают по формуле с (Л

Description

- т D .

Р

где А, а, Ь, а, Ъ, С - посто нные, завис щие от материала и температуры. Точность определени остаточного ресурса детали повьшаетс благодар

1

Изобретение относитс к энергетическому машиностроению и может быть использовано при определении ресурса работы элементов статора паровой турбины.

более точному установлению времени начала роста дефекта и учета структурного состо ни металла детали.

Целью изобретени вл етс поЙЫ- шение точности определени остаточного ресурса крупногабаритной детлли,

Способ осуществл етс следующш-i образом.

Поверхность крупногабаритной детали периодически контролируют, фиксируют образование дефектов и измер ют их параметры. В качестве времени Tj начала роста дефекта на поверхности детали принимают врем образовани дефекта глубиной 0,1-0,3 толщины стенки. На этой глубине образование и рост дефекта св заны, главным образом , с высокими термическими напр жени ми при переменных режимах работы. Использу значение Z в качестве расчетной величины, получают достаточно консервативный результат, так как без циклической составл ющей врем образовани дефекта было бы значительно меньше. Дальнейший рост дефекта св зан преимущественно со

25

статическими напр жени ми при макси- 20 шлифов устанавливают две пары значений: диаметры частиц d и и рассто ни между частицами -А. и Д соответственно в зоне дефекта (трещины ) и в зоне вырезки образцов.

В тех же зонах по твердости или путем отбора сколов и испытани микро- образцов устанавливают значени предела текучести металла при рабочей температуре (С и (fS)

Пользу сь предварительно построенной коррел ционной зависимостью, устанавливают структурный коэффици- ет живучести металла в зоне дефекта (трещины)

. - (Рт)р

мальной рабочей температуре.

Обнаруженный дефект выбираетс , а выборка завариваетс по прин той технологии. Предварительно этому в зону дефекта делаетс выборка металла , из которой изготавливаетс шлиф размером 30-30 мм. Такой же шлиф изготавливаетс из выборки металла, сделанной в зоне вз ти образцов. На цилиндре статора паровой турбины така зона расположена у регулирующей ступени на уровне фланцевого разъема с внутренней стороны, на корпусе стопорного клапана - на фланце с наружной стороны. Приготовленные шлифы трав тс 3%-ным раствором азотной кислоты в спирте, после чего с них делаютс полистироловые оттиски.

Оттиски фотографируют при увеличении 1000. Это увеличение минимальное , при котором еще возможен подсчет частиц карбидов диаметром от 0,15 мк и более. Крупные частицы такого размера сокращают живучесть мета.лла в услови х ползучести. По фотографи м определ ют рассто ние между частицами и средний диаметр частиц. Среднее рассто ние между

30

35

где (Рт)рИ (POS). (Р„ ).

40

45

- расчетные значени относительной продолжительности роста дефекта, установленные по параметрам структуры и пределу текучести дл металла в зоне дефекта и в зоне вырезки образцов, соответственно .

Дл этого определ ют расчетные значени относительной продолжительности роста дефекта по формуле

А а, (Ь, --;) -G, 4V (.а, + Ц)

А

W. а,(ь, -L) -.j

4d7c

oS

-i. . 0,25-(a,Vs + b,)

частицами в плоскости (рассто ние между центрами двух ближайших частиц , лежащих в произвольной плоскости ) ,-рассчитываетс по формуле

-А +.5

средний диаметр частицы рассчитьша- етс по формуле A Ne

if-.Nc

d

где Ng - число пересечений прои - . вольной секущей с частицами;

Ng - число чйстиц на еднницу . площади шлифа.

В результате структурного анализа

где (Рт)рИ (POS). (Р„ ).

0

5

+ с.

-i. . 0,25-(a,Vs + b,)i C,

где А, с,

i

а,, D,, Dj - посто нные, завис щие от материала и температуры.

Окончательно структурньш коэффиц циент живучести металла рассчитьша- етс по формуле

- «г-

Дл сталей термитного класса после 50-60 тыс. ч эксплуатации посто ные , завис щие от материала и температуры , не завис т от исходной струк туры металла.

Из выборки металла в зоне вырезки образца изготавливают также образцы с нарезом дл испытаний на длительную прочность. Образцы выполн ютс с резьбовыми головками (желательно Ml 8) и диаметром гладкой части 16,0 мм. Диаметр в надрезе выбираетс таким, чтобы моделировать несквозную трещину (полуэлиптическую) глубиной 10-12 мм с отношением глубины к длине в пределах 0,3-0,4, По соотношени м линейной механики разрушени дл этой цели подходит образец с диаметром в надрезе 9,4- 9,5 мм. Образцы испытьтаютс при рабочей температуре, причем длительность их испытани до разрушени долна быть не менее 1,5 тыс.ч. Экспери- .ментально показано дл сталей перлитного класса, что, начина с 1,5 тыс. относительна величина времени распрстранени дефекта не зависит от уровн напр жени и длительности испытани , а вл етс функцией только структуры металла и температуры. Поэтому достаточно испытьгоать образцы не более 1,8-2,0 тыс.ч. В процессе испытани образцов различными способами фиксируют врем начала роста дефекта, по которому устанавливают относительную продолжительность до начала роста дефекта а затем относительную продолжительность рас- постраиени дефекта J-Co

-оБ Окончательно расчет остаточного

ресурса детали провод т по формуле

-р

РОГ г

0,8

где 0,8 - коэффициент запаса.

Коррел ционна зависимость относительной живучести металла от параметров его структуры определ етс на основании испытаний нескольких отливок из одной марки стали, имеющих разное структурное состо ние.

Изобретение позвол ет повысить точность определени остаточного ресурса крупногабаритной детали путем более точного установлени времени начала роста трещины и учета структурного состо ни металла детали .

Формула

изобретени

20

25

30

0

Способ определени остаточного ресурса крупногабаритной детали, преимущественно статора паровой турбины , путем .воздействи на натурную деталь эксплуатационной нагрузки , фиксировани времени начала роста дефекта, измерени параметров дефекта, вз ти выборки металла, изготовлени образцов и проведени испытаний, по резу пьтатам которых суд т об остаточном ресурсе, отличающийс тем, что, с целью повышени точности определени остаточного ресурса, в качестве времени начала роста дефекта на натур- 22 ной детали принимают врем образовани дефекта глубиной 0,1-0,3 толщины сте Ьки, из выбранного в зоне дефекта и в зоне вырезки образцов металла изготавливают шлифы, по которым определ ют средний диаметр частиц карбидов и среднее рассто ние между ними, в тех же зонах определ ют предел текучести металла, выборку металла дл изготовлени образца берут из зоны вырезки оораз-i цов, перед испытанием на изготовленном образце делают надрез, моделирующий начальньй дефект, а испытание образца ведут до его разрушени длительной нагрузкой при рабочей температуре и определ ют относительную продолжительность распространени дефекта, а остаточный ресурс рассчи- тьшают по формуле

5

0

е -Т Р

S5

А а,(Ь, -i) -С,

1 Iг--

4d7ff

од oS

I

е Т, - врем начала роста дефекта, 10 , . Р - относительна продолжи-,

OSrr

телъность распространени о.гт,

дефекта} йЛсК

d, средние диаметры частицА, а, , карбидов в структуре метал- 15

ла в зоне дефекта ив зонеb ja jbj

выре:зки образцов соответ-С ственно;

0,25-(а + b) С

,

од oS

0,25-(aj A,5+ b2)V + С

-среднее рассто ние между частицами карбидов;

-пределы текучести металлов;

посто нные, завис щие от материала и температуры.

Claims

Формула изобретения

Способ определения остаточного • ресурса крупногабаритной детали, преимущественно статора паровой турбины, путем воздействия на натурную деталь эксплуатационной нагрузки, фиксирования времени начала роста дефекта, измерения параметров дефекта, взятия выборки металла, изготовления образцов и проведения испытаний, по результатам которых судят об остаточном ресурсе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения остаточного ресурса, в качестве времени начала роста дефекта на натурной детали принимают время образования дефекта глубиной 0,1-0,3 толщины стейки, из выбранного в зоне дефекта и в зоне вырезки образцов металла изготавливают шлифы, по которым определяют средний диаметр частиц карбидов ние между ними, ределяют предел выборку металла ........____ ____________ образца берут из зоны вырезки ооразп цов, перед испытанием на изготовленном образце делают надрез, моделирующий начальный дефект, а испытание образца ведут до его разрушения длительной нагрузкой при рабочей температуре и определяют относительную продолжительность распространения дефекта, а остаточный ресурс рассчитывают по формуле и среднее расстояв тех же зонах оптекучести металла, для изготовления • лПц?· 0,25-(a_z^_T + b₂) + с

А а, (Ь, —7 η

- б*

0.2 Т

А4 а, (Ь, -1_) -<5,

4d_osI¹ где Т, - время начала роста дефекта, ^о£> ~ ^относительная продолжительность распространения дефектаj d_T, - средние диаметры частиц карбидов в структуре металла в зоне дефекта ив зоне вырезки образцов соответственно;

Л о,г ₀S

I ^τ,'λοί ® ο,ζτ , ^0,2oS А, а, , b,Ь₂

С среднее расстояние между частицами карбвдов;

пределы текучести металлов;

постоянные,

- материала и зависящие от температуры.