Характеристики работоспособности стали при повышенных температурах - 2 часа

1. Критерии жаропрочности.

2. Влияние легирующих элементов на жаропрочность сварных соединений.

3. Поведение сварных соединений при высоких температурах.

 

1. Критерии жаропрочности

Жаропрочностью называется способность материала длительное время сопротивляться деформированию и разрушению при повышенных температурах.

Жаропрочность необходимо учитывать при выборе материала, когда рабочая температура превышает 0,3Т_пл.

Разрушение материала при высоких температурах наиболее часто происходит при эксплуатации сварных конструкций из-за явления ползучести. Ползучесть представляет собой медленное нарастание пластической деформации под действием напряжений меньших s_T.

 

Стадии ползучести: I - стадия неустановившейся ползучести; II - установившаяся стадия; III - стадия разрушения

 

В точке d (стадия III)происходит разрушение. Для сварных конструкций допустимы I и II стадии на кривой ползучести. Если увеличивать температуру эксплуатации, или при постоянной температуре увеличить напряжения, то продолжительность II стадии сокращается.

Критериями жаропрочности сварного соединения являются:

- предел ползучести;

- предел длительной прочности.

    Предел ползучести. Пределом ползучести называют напряжение, под действием которых материал деформируется на определенную величину, за определенное время при заданной температуре.

Например:  – под действием напряжения 100 Мпа за 100000 ч. при Т = 550^о С в материале появится пластическая деформация 1%.

    Предел длительной прочности. Пределом длительной прочности называют напряжение, которое вызывает разрушение материала при заданной температуре за определенное время.

Например:  – при Т = 600^о С материал выдерживает действие напряжения 130 Мпа в течении 10000 ч., после чего разрушается.

 

2. Влияние легирующих элементов на жаропрочность сварного соединения

Молибден - повышает жаропрочность, являясь основным легирующим элементом жаропрочных сталей.

Хром - при введении в количестве около 12 % поднимает жаропрочность до 500 - 600^о С, а при одновременном введении никеля около 10% увеличивает жаропрочность до 700^о С.

Кобальт - в никелевых сплавах повышает жаропрочность до 650 - 900^о С.

Ванадий, ниобий, титан - повышают жаропрочность, особенно при одновременном введении с титаном, молибденом, вольфрамом.

Примеси: сера, фосфор, олово, свинец, сурьма - резко снижают жаропрочность за счет образования легкоплавких эвтектик по границам зерен.

 

3. Поведение сварных соединений при высоких температурах

 

Как показал опыт эксплуатации высокотемпературных установок, разрушение в швах в большинстве случаев обуславливается дефектами, заложенными при изготовлении, а так же конструкторскими ошибками.

Наиболее сильно жаропрочность шва связана с типом используемого сварного соединения и с термическим режимом сварки.

Тип сварного соединения определяет как условия теплоотвода так и жесткость соединения.

Сравнительные характеристики пластичности и прочности

при наплавке в угол и сварке встык стали 12МФХ

Основной металл	Наплавка в угол	Стыковой шов

 

Большая прочность стыкового шва в рассматриваемом случае обусловлена большой дисперсностью структуры (мелкозернистостью и наличием субструктуры в зернах). Субструктура развивается при пластической деформации при сварке соединения.

 

Схема полигонизации

 

Упрочнения за счет субструктры сварного шва (т.е. увеличение жаропрочности) сохраняется до 600 - 650^о С для перлитных сталей и 700 - 750^о С для аустенитных. Выше этих температур субструктура разрушается.

С повышением жесткости (увеличение толщины) соединений, не склонных к горячим трещинам, пластичность швов незначительно уменьшается (сравните графики для основного металла и стыкового шва). В сталях, склонных к горячим трещинам, при высоких температурах пластичность шва резко уменьшается.

 

Механические свойства стали Х23Н18 и металла шва сваренного

с применением проволок, вызывающих склонность шва к горячим трещинам

 

Основной металл	Металл шва

 

В сталях не склонных к горячим трещинам при температуре до 600^о С из-за наличия субструктуры границы зерен прочны и деформация изделия под нагрузкой идет путем сдвига внутри зерен. При температуре более 600 - 650^о С резко ускоряются диффузионные процессы и субструктура разрушается.

В сталях склонных при сварке к горячим трещинам зерна значительно проскальзывают друг относительно друга и межзеренные границы ослаблены (пластичность падает).

Термический режим сварки определяется погонной энергией, количеством слоев (имеется в виду температура предварительного подогрева перед наложением каждого последующего слоя) и температуры предварительного подогрева.

 

Влияние предварительного подогрева на длительную прочность сварного

соединения из стали 12ХМФ, сваренного электродом ЦЛ-20М,

при температуре эксплуатации 565^о С

(после сварки был произведен отпуск 720 - 770^о С

 

1 – предварительный подогрев перед сваркой 250 - 300 о С; 2 – предварительный подогрев перед сваркой 400 - 500 о С

 

Во втором случае чрезмерный предварительный подогрев привел к изменению отношений между фазами, т.е. увеличилась ферритная составляющая по границам зерен, что снизило жаростойкость шва.

При сварке различных типов высокохромистых сталей, длительная выдержка металла шва или участка 3ТВ в районе 300 - 500^о С приводит к появлению 475-градусной хрупкости, а при выдержке в районе 550 - 850^о С возникает охрупчивание, обусловленное появлением s-фазы.

 

Лекция №5

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: