Способ определения остаточного ресурса крупногабаритной детали

 

Изобретение позволяет повысить точность определения остаточного ресурса крупногабаритной детали. Поверхность детали, подверженной эксплуатационной нагрузке, контролируют и фиксируют образование дефектов, в качестве времени tr, начала роста которых принимают время образования дефекта глубиной 0,1-0,3 толщины стенки детали. Из выбранного в зоне дефекта и в зоне выборки образцов металла изготавливают шлифы, по которым определяют средний диаметр d, . частиц карбидов и среднее расстояние , между ними соответственно для каждой зоны, в которых также определяют предел текучести металла , . Из зоны вырезки образцов делают выборку металла , из которой изготавливают образец. На последнем делают надрез, моделирующий начальный дефект, и проводят испытание образца длительной нагрузкой при рабочей температуре до разрушения , в результате чего определяют относительную продолжительность Pg распространения дефекта. Остаточный ресурс рассчитьгоают по формуле с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ социАлистичесних

РЕСПУБЛИН (5!) 4 Р 01 D 25/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ по иЗОБРетениям и ОтнРытиям пРи Гннт сссР (21) 4250072/24-06 (22) 1 6. 04. 87 (46) 07.02.89. Бюл. Р 5 (7!) Всесоюзный теплотехнический научно-исследовательский институт им. Ф.Э. Дзержинского (72) Ц.И. Гладштейн, Н.Л. Шербаум, Е.Я. Векслер, А.Л. Горбачев и В.М. Чайковский (53) 62!.438.620.171(088.8)

1 (56) Авторское свидетельство СССР !! 1195209, кл. G 01 М 15/00, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНОГО

РЕСУРСА КРУПНОГАБАРИТНОЙ ДЕТАЛИ (57) Изобретение позволяет повысить точность определения остаточного ресурса крупногабаритной детали. Поверхность детали, подверженной эксплуатационной нагрузке, контролируют и фиксируют образование дефектов, в качестве времени о начала роста где А, а, Ь, а, Ь, С вЂ” постоянные, зависящие от материала и температуры. . Точность определения остаточного ресурса детали повышается благодаря

1

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть I использовано при определении ресурса работы элементов статора паровой турбины.,Л0„„1 5 612 А1 которых принимают время образования дефекта глубиной 0,1 -0,3 толщины стенки детали. Из выбранного в зоне дефекта и в зоне выборки образцов металла изготавливают шлифы, по которым определяют средний диаметр д, d < частиц карбидов и среднее расстояние ) „, )! между ними соото8 ветственно для каждой эоны, в которых также определяют предел текучеt сти металла Gд1, G .. Из зоны вырезки образцов делают выборку металла, из которой изготавливают образец.

На последнем делают надрез, моделирующий начальный дефект, и проводят испытание образца длительной нагрузкой при рабочей температуре до разрушения, в результате чего определяют относительную продолжительность

Р распространения дефекта. Остаточный ресурс рассчитывают по формуле ! более точному установлению времени начала роста дефекта и учета структурного состояния металла детали.

Целью изобретения является повышение точности определения остаточного ресурса крупногабаритной детали.

Способ осуществляется следуюши.1 образом.

+ 5 °

1"6 диаметр частицы рассчитываформуле

4 Не о ° Я

5 средний ется по число пересечений произвольной секущей с частицами; число частиц на единицу площади шлифа. де 1 1е

50 (Рт)р = »» (b ) фогт 4 ° 0 25 (a 1т + Ь ) + С, — о,гт (огg 1 h g 0,25-(аг A 8 Ьг) + С, oh (Роо) = А

3 145661

Поверхность крупногабаритной детали периодически контролируют, фиксируют образование дефектов и измеря" ют их параметры. В качестве времени

c начала роста дефекта на поверхности детали принимают время образования дефекта глубиной 0,1 --0,3 толщины стенки. На этой глубине образование и рост дефекта связаны, главным об- lp разом, с высокими термическими напряжениями при переменных режимах работы, Используя значение Гд в качестве расчетной величины, получают достаточно консервативный результат, 15 так как без циклической составляющей время образования дефекта было бы значительно меньше. Дальнейший рост дефекта связан преимущественно со статическими напряжениями при макси- 20 мальной рабочей температуре.

Обнаруженный дефект выбирается, а выборка заваривается по принятой технологии. Предварительно этому в зону дефекта делается выборка метал- 25 ла, иэ которой изготавливается шлиф размером 30 30 мм. Такой же шлиф изготавливается из выборки металла, сделанной в зоне взятия образцов.

На цилиндре статора паровой турбины 30 такая эона расположена у регулирующей ступени на уровне фланцевого разъема с внутренней стороны, на корпусе стопорного клапана - на фланце с наружной стороны. Приготовленные шлифы травятся 37. — ным раствором азотной кислоты в спирте, после чего с них делаются полистироловые оттиски

Оттиски фотографируют при увели- 4О чении 1000. Это увеличение минимальное, при котором еще возможен под: счет частиц карбидов диаметром от

0,15 мк и более. Крупные частицы такого размера сокращают живучесть 45 металла в условиях ползучести. По фотографиям определяют расстояние между частицами и средний диаметр частиц. Среднее расстояние между

4 частицами в плоскости (расстояние между центрами двух ближайших частиц, лежащих в произвольной плоскости),рассчитывается по формуле

В результате структурного анализа шлифов устанавливают две пары значеHHH: диаметры частиц Й т и d g и рас с то яния между частицами Ъ и Я соответственно в зоне дефекта (тре щины) и в зоне вырезки образцов.

В тех же зонах по твердости или путем отбора сколов и испытания микрообраэцов устанавливают значения предела текучести металла при рабочей температуре (б ) и (б )

Пользуясь предварительно построенной корреляционной зависимостью, устанавливают структурный коэффициет живучести металла в зоне дефекта (трещины) (Р. ), (Р, ). где (Рт)р и (Ро5 ) — Расчетные значениЯ отноP сительной продолжительности роста дефекта, установленные по параметрам структуры и пределу текучести для металла в зоне дефекта и в зоне вырезки образцов, соответственно.

Для этого определяют расчетные значения относительной продолжительности роста дефекта по формуле

1456612

50 где А, с, а,, а, Ь,, Ъ вЂ” постоянные, зависящие от материала и температуры.

Окончательно структурный коэффицициент живучести металла рассчитывается по формуле (Р+) р

К вЂ” (Р )

Для сталей термитного класса после 50-60 тыс. ч эксплуатации постоям. ные, зависящие от материала и температуры, не зависят от исходной струк- 15 туры металла.

Иэ выборки металла в зоне вырезки образца изготавливают также образцы с нарезом для испытаний на длительную прочность ° Образцы выполняются 20 с резьбовыми гoJIQBKBMH (желательно

M18) и диаметром гладкой части

16,0 мм. Диаметр в надрезе выбирается таким, чтобы моделировать несквозную трещину (полуэлиптическую) 25 глубиной 10-12 мм с отношением глубины к длине в пределах 0,3-0,4. По соотношениям линейной механики разрушения для этой цели подходит образец с диаметром в надрезе 9,4- 30

9,5 мм. Образцы испытываются при рабочей температуре, причем длительность их испытания до разрушения должна быть не менее 1,5 тыс.ч. Экспери.ментально показано для сталей перлитного класса, что, начиная с I 5 тыс.ч относительная величина времени распространения дефекта не зависит. от уровня напряжения и длительности испытания, а является функцией только 40 структуры металла и температуры. Поэтому достаточно испытывать образцы не более 1,8-2,0 тыс.ч. В процессе испытания образцов различными способами фиксируют время начала роста 45 дефекта, по которому устанавливают относительную продолжительность до начала роста дефекта С, а затем относительную продолжительность распостранения дефекта

1-C ooS

С., Окончательно расчет остаточного ресурса детали проводят по формуле ар=с., Р, - К.,- 0,8 где 0,8 — коэффициент запаса.

Ко рреляционна я з ав исимос ть относительной живучести металла от параметров его структуры определяется на основании испытаний нескольких отливок иэ одной марки стали, имеющих разное структурное состояние.

Изобретение позволяет повысить точность определения остаточного ресурса крупногабаритной детали путем более точного установления времени начала роста трещины и учета структурного состояния металла детали.

Формула изобретения

Способ определения остаточного ресурса крупногабаритной детали, преимущественно статора паровой тур" бины, 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, о т— л и ч а ю шийся 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 стенки, из выбранного в зоне дефекта и в зоне вырезки образцов металла изготавливают шлифы, по которым определяют средний диаметр частиц карбидов и среднее расстояние между ними, в тех же зонах определяют предел текучести металла, выборку металла для изготовления образца берут из зоны вырезки оораз- 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

1456612 а (Ь, ) — 6, ., 0,25-(a, Ë + b,) а, с =Г. P о6

r t а (Ь! - 1 ) 6о В h< 0 25-(а A, + Ь ) + С

4а, 1 где о. P оо среднее расстояние между частицами карбидов; пределы текучести металлов; а., а„Составитель С. Кузнецов

Техред Л.Олийнык Корректор Э. Лончакова

Редактор О. Головач

Заказ 699 Тираж 456 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæã6ðîä, ул. Гагарина,101 время начала роста дефекта, относительная продолжительность распространения дефекта; средние диаметры частиц карбидов в структуре металла в зоне дефекта и в зоне вырезки образцов соответственно;

b,„а „b

С вЂ” постоянные, зависящие от

-материала и температуры.