Исследованы закономерности фазовых и структурных превращений в металле печных змеевиков из теплостойкой стали после длительной (около 150 тыс. ч) эксплуатации в условиях переработки нефти на установке каталитического риформинга бензиновых фракций. Металлофизическими методами, в том числе просвечивающей электронной микроскопией, показано, что по толщине стенки трубчатого элемента из стали 15Х5М развивается неоднородность дислокационной структуры и фазовых выделений, которая указывает на различное влияние рабочих параметров на внутреннюю и наружную поверхность печного змеевика.

  Скачати повний текст

Встановлено основні закономірності впливу термоциклічного напрацювання на пошкоджуваність, руйнування сталі 25Х1М1Ф та запропоновано схеми деформування матеріалу на різних структурних рівнях. Описано структурні рівні деформування та руйнування сталі 25Х1М1Ф. Встановлено основні закономірності впливу термоциклічного напрацювання на мікро-, мезо- та макрорівнях, які дозволяють оцінити вплив термоциклування на статичну міцність сталі 25Х1М1Ф. Проаналізовано механізми високотемпературного поширення втомних тріщин у сталі 25Х1М1Ф. Зазначено, що тріщини поширюються за змішаним механізмом відриву та локального зсуву матеріалу. Досліджено кількісні показники множинного втомного розтріскування ролика машин безперервного лиття заготовок за різної глибини від зовнішньої поверхні та вплив окиснення поверхні на кількість ідентифікованих тріщин. Виявлено зниження їх кількості на глибині до 2,0 мм у 1,5 раза.

Вперше проведено комплексне дослідження впливу конструкційних та експлуатаційних чинників на критичні характеристики в'язкості руйнування та кінетику розвитку тріщин в жароміцній сталі ЕП517-Ш, що широко застосовується для виготовлення дисків газотурбінних двигунів. Показано, що в діапазоні температур 20 - 450 °С за циклічного навантажування з витримками до 3 600 с. швидкість росту тріщини в сталі ЕП517-Ш є інваріантною характеристикою сплаву по відношенню до перерахованих чинників, що пропонує методику прискореного визначення характеристик тріщіностійкості. Зазначено, що завдяки високій пластичності сплаву руйнування зразків з тріщинами, що виходять з різних концентраторів, завжди відбувається за нетто-напружень, вищих за умовну межу плинності. Показано, що прогнозування періоду докритичного розвитку тріщини за трапецеїдальної форми циклу здійснюється за допомогою даного рівняння, в якому реалізовано лінійну гіпотезу підсумовування швидкостей росту тріщин за умов сумісної дії втоми та повзучості.

За допомогою методів неруйнівного контролю, методу повних діаграм досліджено основні закономірності впливу термоциклічного напрацювання на кінетику деградації властивостей сталі 25Х1М1Ф. За допомогою методу вимірювання мікротвердості встановлено, що протягом циклічних змін температури поверхня зразків зміцнюється, водночас їх внутрішній шар знеміцнюється внаслідок процесів термічного повороту і самовідпуску матеріалу. Показано, що за статичного розтягу зразків після напрацювання змінюється кінетика накопичення пошкод. При цьому поверхневий шар полікристала розглянуто як автономну підсистему. Вивчено локалізоване пластичне течіння на мезорівні у поверхневому шарі матеріалу.

Досліджено ріст утомної тріщини у зразках із бічним надрізом із теплостійкої сталі 25Х1М1Ф за коефіцієнта асиметрії циклу R = 0 та контрольованого зусилля навантажування. Оцінено вплив частоти навантаження (0,1 і 1,0 Гц) на швидкість росту тріщини. Досліджено тріщиностійкість біметалу 25Х1М1Ф/15Х13МФ та вплив пружних і пластичних властивостей на закономірності росту утомної тріщини.

На основе анализа результатов проведенных исследований предложен расчетно-экспериментальный метод оценки долговечности конструкционных материалов при циклическом нагружении в условиях сложного напряженного состояния с учетом поврежденности металла.

Экспериментально обосновано использование экспресс-метода оценки долговечности теплоустойчивых сталей при циклическом нагружении в условиях плоского напряженного состояния с учетом повреждаемости металла.

У контексті технічного діагностування і механіки руйнування встановлено основні закономірності впливу термоциклічного напрацювання на пошкоджуваність, руйнування сталі 25Х1М1Ф та запропоновано схеми деформування матеріалу на різних структурних рівнях. Розглянуто нові експериментальні методи вивчення напружено-деформованого стану та неруйнівного контролю дефектності матеріалу, а також діагностики міцності, надійності та довговічності елементів конструкцій металургійного обладнання. Проаналізовано механізми високотемпературного поширення втомних тріщин у теплостійкій сталі. Запропоновано оригінальну фізичну модель ролика машин безперервного лиття заготовок, яка дозволила оцінити вплив зупинок лиття на зміну температурних полів ролика на різних відстанях від поверхні. Висвітлено процеси деградації матеріалів елементів конструкцій металургійного обладнання, зміни фізико-механічних характеристик їх матеріалів, підходи до їх кількісного оцінювання. Описано макро- і мікромеханізми деформування і руйнування сталі 25Х1М1Ф.

Приведены результаты экспериментальных исследований и теоретического обобщения влияния предварительного термомеханического нагружения на характеристики статической трещиностойкости теплоустойчивой стали 15Х2НМФА(П). Установлено, что составляющая продольного сдвига уменьшает "положительный эффект" предварительного термомеханического нагружения, заключающийся в увеличении трещиностойкости. Наблюдается уменьшение трещиностойкости при продольном сдвиге по отношению к таковой при нормальном отрыве выше температуры критической хрупкости материала, что необходимо учитывать в расчетах ресурса оборудования по критериям трещиностойкости.

Розглянуто задачу виділення та аналізу ямок на цифровому фрактографічному зображенні зламу для розпізнавання характерних елементів в'язкого рельєфу руйнування теплотривких сталей. Для цього застосовано ретинекс перетворення, яке вирівнює освітлення поверхні зламу. Це надало змогу повніше виділити контури ямок та обчислити їх статистичні ознаки.

Представлено результати розробки прискореної методики оцінки на порівняння контактної втомної міцності при проведенні випробувань при терті кочення з проковзуванням поверхонь, зміцнених традиційною газовою цементацією і плазмовим азотуванням по технології АВІНІТ N (ЗАТ "ФЕД"). Робота проводилася на зразках, виготовлених з жароміцної сталі 20Х3МВФ ГОСТ 20072.

Наведено результати експериментальних досліджень процесу накопичення пошкоджень сталей 10ГН2МФА та 15Х2МФА методом LM-твердості при різних видах напруженого стану за циклічного навантаження за кімнатної та підвищених температур, що відповідають умовам експлуатації елементів конструкцій. Розглянуто кінетику накопичення пошкоджень металу на стадіях уповільненої й усталеної повзучості з урахуванням впливу складного напруженого стану та деформації повзучості на величину коефіцієнта гомогенності. Підвищений рівень початкової деформації за циклічної повзучості призводить до інтенсивнішого накопичення пошкоджень металу, що зумовлює більш ранній початок його руйнування порівняно з меншою початковою деформацією. Наведено отримані експериментально граничні значення коефіцієнтів гомогенності, що відповідають втраті стійкості пластичного деформування, за якої внаслідок зменшення площі поперечного перерізу та модуля зміцнення порушується стійке деформування металу з подальшим його руйнуванням. Визначено швидкість зміни гомогенності досліджуваних сталей при різних співвідношеннях головних напружень циклу за циклічної повзучості. Показано суттєвий вплив виду напруженого стану при рівновазі між процесами деформаційного зміцнення та знеміцнення металу конструкції (зразка) на стадії усталеної повзучості. Установлено вплив виду напруженого стану та температури на кінетику накопичення пошкоджень досліджуваних матеріалів, зокрема на довговічність металу за циклічної повзучості.