CC BY
41
Виноградов А.Ю., Михайлов В.А., Хоник В.А. Акустическая эмиссия при гетерогенном и гомогенном пластическом течении металлических стекол / ФТТ. 1997. Т. 39. № 5. С. 885-888.
Федоров В.А., Ушаков И.В., Поликарпов В.М. Анализ структуры металлического стекла, подвергнутого теплоэлектрическим воздействиям // Державинские чтения. Материалы науч. конф. преподавателей и аспирантов. Тамбов: Изд-во ТГУ, 2000. (В печати.)
БЛАГОДАРНОСТИ: Авторы благодарны профессору В. А. Хонику за образцы металлического стекла.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования РФ (грант по фундаментальным исследованиям в области естественных наук № 97-0-4.3-185).
УДК 620.198
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАСТИЧНОСТИ СТАЛЕЙ, ОПРЕДЕЛЯЕМОЙ СТАТИЧЕСКИМ РАСТЯЖЕНИЕМ В КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЕ, ДЛЯ РАСЧЕТА ДОЛГОВЕЧНОСТИ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ
© А.И. Айнабеков, Б.Р. Арапов, Б.К. Мынбаев, М. Дауренбеков
Казахстан, Шымкент, Южно-Казахстанский государственный университет
Ainabekov A.I., Arapov B.R., Mynbaev B.K., Daurenbekov M. Usage the characteristics of steel plasticity determined by static lengthening in corrosion environment for calculation of durability for little cycle tiredness. The results of the research of steel 10ГН2МФА plastic changes in the water of 300° C and pressure 14 MPa in different speeds of samples deformation by lengthening are discussed. The presence of critical speeds of material deformation when plastic is in high-parameter water lows is established. The methods of the construction elements life-cycle working in high parameters water is taken into account of the lowing static plasticity of material in exploitation of equipment.
Расчет циклической прочности элементов конструкций АЭС на основе норм расчета [1, 7] производится по уравнению типа Коффина - Мэнсона:
[aF ] =
Е T • eC
RT
(4' nN '[N0 ]
(1)
где пы - коэффициент запаса по числу циклов; т ,
тс - характеристики материала; ЯС - характеристика прочности, принимаемая равной
ЯСС = ЯСТ • (і +1,4 • 10_2 • ¿Ст); г - коэффициент асим-
Т
метрии цикла напряжений; вс - характеристика плаТ
стичности, зависящая от значения ¿с , определяемая по формуле:
100 ^ )т
eC = 1151 • lg-
100 — Z
C
— R
/max p0,2
2 • ET
или при
(§F Lax > RC - п0 ф°рмуле:
eTC = 1,151 • lg—i00—; ZC = ZTT при ZTT < 50%
100 — Z
C
■ относительное
и ¿С = 50% при ¿СТ > 50%; ¿С сужение поперечного сечения образца при стандартном разрушении растяжением при расчетной температуре;
Я'ТТ - минимальное значение временного сопротивления при расчетной температуре, МПа; Я Т0 2 - временное значение сопротивления при деформации 0,2 и
расчетной температуре, МПа; Е - модуль упругости при расчетной температуре, МПа; [стаР ] - допустимая амплитуда условных упругих приведенных напряжений с учетом коэффициента концентрации условных упругих напряжений, МПа; [V0 ] - допускаемое число циклов нагружения до появления трещин в конструкции.
Как видно из структуры уравнения (1), циклическая прочность стали существенно зависит от коэффициента относительного сужения поперечного сечения мате-
7 Т
риала ¿ст .
Большинство элементов оборудования энергетических установок при эксплуатации подвержены воздействию коррозионной среды - воды высоких параметров. Известно, что коррозионная среда приводит к охрупчиванию материала и снижению его характеристик пластичности и, как следствие этого, снижению циклической прочности стали. Опыты, проведенные в нашей лаборатории, показали, что статическая прочность стали 10ГН2МФА в реакторной воде высоких параметров (Т = 573 К, Р = 14 МПа) зависит от скоростей растяжения испытуемого образца. В области скоростей растяжения около 10-6 с-1 наблюдалось резкое снижение
относительного сужения Z Кс до значений 4... 6 %. А при скоростях растяжения выше или ниже указанной критической скорости пластичность стали приближается к значению, полученному при испытании на воздухе. На рис. 1 приведены значения относительного сужения в зависимости от скоростей растяжения на воздухе и в дистиллированной воде. Для практического
7 Т ~
использования Z Кс в расчетах циклической прочности на основе уравнения (1) необходимы его значения
Рис. 1. Зависимость пластичности стали 10ГНМФА от скорости деформирования образца, полученная в дистиллированной воде при 280° С [6]. 1 - реальная зависимость; 2 - схематизированная зависимость; 3 - зависимость, полученная в воздухе
для скоростей деформирования, соответствующие скорости активного нагружения при эксплуатации конструкции. С этой целью возникает необходимость аналитического описания зависимости относительного сужения от скоростей деформирования материала в коррозионной среде. Для аналитического описания результатов, показанных на рис. 1, можно использовать уравнение следующего вида:
уТ _ уТ
у КС - у
СТ
уе к,
(2)
где Уст - относительное сужение стали при испытании на воздухе стандартными методами, %; ¿ст -скорость деформирования при стандартных методах испытания; 8 - скорость деформирования материала конструкции при эксплуатации; 8кр - критическая
скорость деформирования, при которой наблюдается максимальное снижение пластичности в коррозионной среде; а, р, у - параметры статической коррозионной
пластичности материала в рассматриваемой среде и условиях испытаний, определяются на основе эксперимента при монотонном медленном растяжении образцов сталей в коррозионной среде при температуре эксплуатации. Как видно, статическая пластичность стали в коррозионной среде, когда на поверхности металла образуется защитная пленка магнетита, зависит от скорости деформирования. Второй член сомножителя в уравнении (2), стоящий в скобке, зависящий от времени воздействия коррозионной среды на металл, определяет степень изменения пластичности металла. Здесь время в явном виде не присутствует. Но время пребывания образца в среде определяется скоростью деформирования. Это слагаемое характеризует процессы монотонного снижения характеристики пластичности в зависимости от скорости деформирования. При этом снижение пластичности происходит на основе расклинивающего эффекта, водородного охрупчивания и анодного растворения [2].
Из результатов эксперимента видно, что эти факторы присутствуют одновременно и степень влияния каждого в отдельности приблизительно остается одинаковой в широком диапазоне скоростей деформирования металла.
Как показали опыты при скоростях деформирования 8, равных так называемой критической скорости 8 кр , происходит резкое снижение характеристик плаТ
стичности стали, например, Укс (рис. 1).
Такое резкое изменение характеристик стали связано с преобладанием одного из вышеперечисленных факторов при определенных условиях нагружения (скорости деформирования) образца. В условиях воды высоких параметров, когда на поверхности стали образуется защитная магнетитовая пленка, резкое изменение (снижение) характеристик пластичности стали связано с преобладанием локального анодного растворения металла.
В области критической скорости деформирования металла на его поверхности в локальных участках происходит усиление анодного растворения металла. Этому способствует благоприятное сочетание скорости деформирования металла и связанное с ней разрушение поверхностных защитных слоев магнетита и скорости анодного растворения. В случаях же, когда скорость деформирования равняется критической, в локальных зонах анодного растворения металла, по-видимому, вовсе не происходит пассивации ювенильных поверхностей, что приводит к интенсивному развитию коррозионного растрескивания, приводящего к охрупчиванию стали. Если удалось бы реализовать такое нагружение, при котором на поверхности металла или дне образовавшейся трещины скорость деформирования равнялась критической, то можно было бы ожидать снижения пластичности металла до нуля. В диапазоне скоростей деформирования выше критической (8 >8 кр ) процессы механической деформации преобладают (опережают) анодные процессы, и анодное растворение не может оказывать существенного влияния на характеристики пластичности металла. То есть в этом случае процесс приближается к кратковременным испытаниям в коррозионной среде со скоростями деформирования, соответствующими предусмотренным стандартам. И это обстоятельство дает многим иссле-
1
8„„ -е
кр
е
