CC BY
15
Расчет строительных конструкций
ЗАПАС ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
ПРИ КОРРОЗИОННОМ И ВОДОРОДНОМ РАСТРЕСКИВАНИИ
А.Б. КОЗАЧЕНКО, д.т.н, профессор С.С. ИВАНОВ, д.х.н., профессор Е.В. ДИКОВА, аспирант
Московский государственный вечерний металлургический институт 111250, ул. Лефортовский вал, д. 26; сайт: www.mgvmi.ru
Исходя из экспериментальных данных исследования коррозионного и водородного растрескивания от действия растягивающих напряжений и критерия линейного суммирования накопленных повреждений приводится оценка запаса прочности металлических изделий при действии переменных растягивающих напряжений.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: прочность, запас прочности, длительная прочность, металлические изделия, водородное растрескивание, коррозионное растрескивание, напряжение при растяжении.
Выражения запаса прочности металлических изделий от действия растягивающих напряжений при коррозии и водородном растрескивании было получено исходя из критерия длительной прочности в виде интеграла Бейли и экспериментальных зависимостей долговечности от действующих напряжений [1].
При коррозионном растрескивании запас прочности определяется следующим выражением:
k + С Л *
| cdt
о
где ^ - предельное время до разрушения, ^ - максимальное напряжение ниже которого не обнаруживается коррозионного растрескивания, k - константа, характеризующая степень увеличения скорости распространения трещин при повышении напряжений растяжения, о - действующее напряжение.
При исследовании влияния хрома на коррозионное растрескивание углеродистой стали (0,26% С) с отпуском в 300° С были получены следующие параметры долговечности при содержании хрома 2,48% [2]:
ст к = 310 МПа, k = 3000 МПа-мин.
При действии постоянного напряжения 600 МПа определим долговечность
* k 3000
т = г =-=-= 10 мин.
с-ск 600 - 310
Если действует несколько уровней постоянных напряжений, запас прочности определяется по формуле
k+ СЛ* k+ СЛ* Л=~Г*-=-.
' г* п
ЕСА
0 i=
Для примера рассмотрим действие двух напряжений 01 = 400 МПа в течение 10 мин и о2 = 500 МПа в течение 5 мин:
3000+310•15 Л =-= 1,2 .
400 • 10 + 500•5
Рассмотрим действие линейно понижающегося напряжения от 01 = 600 Па до о2 = 300 МПа в течение 60 мин. Определим значение интеграла
'* а,- а2 .К а1 + а2 600 + 300
\c-dt = ¡1 а - 1 2 • 1 С =—-21* =--60 = 27000 МПа • мин,
0 0 V 1 ) 2 2
а затем определим запас прочности
k + акг * 3000 + 310 • 60 ЛО
П = —^— =-= 0,8.
V* , 27000
I ааг
0
Определим предельное время, которое выдержит металлическое изделие:
к 3000
1* =-т-ч-=-т-ч-= 21,4 мин.
0,5 (а1 + а2 )-ак 0,5 (600 + 300)-310
При водородном растрескивании выражение запаса прочности было получено в следующем виде [1]:
п ="
1* ( 1* ^ 2 _
ао а+ А0 ¡асИ + кн2
0 1 V 0 ) 1
)2 1 *
1* 0
0
где А 0 - сопротивление хрупкому разрушению при условии постоянства концентрации абсорбированного водорода на поверхности металла, кн — константа, определяемая из экспериментальных данных, а — действующее напряжение растяжения.
Параметры растяжения долговечности водородного растрескивания стали 30ХГСНА при катодной полимеризации (Вн = 100 А/м2) в 20% растворе серной кислоты с добавкой хлористого натрия (30 кг/м3) имеют значения [2]: А° = 4,35 МПа; кн = 752 МПа • мин-1/2.
Определим долговечность при водородном растрескивании от действия растягивающего напряжения в 200 МПа:
4т = ——— =-752-= 3,9 мин1/2 МПа, откуда т = 2 мин = t *.
а - А0 200 - 4,35
н '
Теперь определим запас прочности при действии двух последовательно действующих напряжений растяжения:
а1 = 100 МПа в течение 2 мин и а2 = 150 МПа в течение 2 мин: 1* = 11 +12 = 4мин;
¡аС1 = а111 + а212 = 500МПа• мин; ¡а2а1 = а1211 + а^ 12 = 6,5 • 104МПа2 • мин. 00
После подстановки в выражении запаса прочности получим ^ = 3 . При действии постоянных растягивающих напряжений определим долговечность до растрескивания материала по формуле:
кн 752
= т =
а - А° \ а - 4,35
При а1 = 150 МПа получим т1 = 2,3 мин, а2 = 200 МПа получим т2 = 2 мин. Определим запас прочности изделия при действии а1 = 150 МПа в течение 2 мин, а а2 = 200 МПа в течение 1,5 мин:
1*
¡аС1 = а111 +а212 = 150 • 2 + 200-1,5 = 600 МПа • мин;
0
t*
je2dt = CTj2tj +ст2212 = 1502 • 2 + 2002 -1,5 = 10,5-104 МПа2 • мин.
о
После подстановки в выражение запаса прочности получим 2 .
Таким образом, предложенная методика позволяет определить запас прочности металлических изделий при действии переменных растягивающих напряжений в условиях коррозии или водородного растрескивания.
Л и т е р а т у р а
1. Козаченко А.Б., Иванов С.С., Акоева Э.С., Дикова Е.В. Критериальная оценка прочности металлических изделий с учетом их коррозионного и водородного растрескивания// Труды международной научно-практической конференции "Инженерные системы 2010".- М., РУДН, 2010.
2. Ажогин Ф.Ф. Коррозионное растрескивание и защита высокопрочных сталей. -М., Металлургия, 1974.
CORROSION AND HYDROGEN CRACKING STRENGTH OF METAL GOODS
A.B. Kozachenko, S.S. Ivanov, E.V. Dikova
The estimation of strength at alternate tensile loads of metal goods has been presented resulting from experimental data obtained during the research of corrosion and hydrogen cracking at tension stresses and also from the criterion of linear summation of accumulated failures.
KEY WORDS: strength, safety strength, prolonged strength, metal goods, hydrogen cracking, corrosion cracking, tensile stress.
Hh Hh -0-
