Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МІЦНОСТІ НАН УКРАЇНИ

УДК 539.4

МЕТОД ПРОГНОЗУВАННЯ ТРИВАЛОЇ МІЦНОСТІ МЕТАЛЕВИХ МАТЕРІАЛІВ РІЗНИХ КЛАСІВ НА ВЕЛИКІ строки СЛУЖБИ

05.02.09 -- Динаміка і міцність машин

Автореферат дисертації на змагання ученого ступеня

кандидата технічних наук

АВРАМЕНКО Дмитро Сергійович

Київ 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті проблем міцності НАН України

Науковий керівник: доктор технічних наук Кривенюк Володимир Володимирович, завідувач відділу повзучості і тривалої міцності Інституту проблем міцності НАН України

Офіційні опоненти: доктор технічних наук Гігіняк Фелікс Федорович, провідний науковий співробітник Інституту проблем міцності НАН України

кандидат технічних наук Погребняк Анатолій Дмитрович, старший науковий співробітник Інституту механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України

Провідна організація: Національний технічний університет “Київський політехнічний інститут”, м. Київ.

Захист відбудеться “17” жовтня 2002 р. о 9³⁰ годині на засіданні спеціалізованої ради Д 26.241.01, Інститут проблем міцності НАН України у приміщенні конференц-залу Інституту за адресою: вул. Тімірязевська, 2, м. Київ-- 14, 01014

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту проблем міцності НАН України, вул. Тімірязевська, 2, м. Київ - 14, 01014

Автореферат розіслано “12” вересня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради

доктор технічних наук, професор _________________ Карпінос Б.С.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. При сучасному рівні та тенденціях технічного розвитку проблема надійності металевих конструкцій, що тривало експлуатуються в таких різних галузях техніки, як атомна, авіаційна, хімічна, теплова та ін., стає все більш гострою. Особливо складним, що до наукової сторони питання, є забезпечення працездатності обладнання теплових електростанцій в так званих екстремальних умовах навантаження, коли поруч з відносно високими навантаженням і температурами тривалість навантаження сягає 3Ч10⁵ год. та більше.

Принципові труднощі рішення проблеми полягають у тому, що згідно з науковими підвалинами для прийняття рішень необхідні експериментальні дослідження, які в необхідному обсязі не можуть бути забезпечені. Характерним для відмічених умов навантаження є розвиток повзучості та пошкодження металу. В розв'язання проблеми значний внесок зробили роботи В.К. Адамовича, Р.А. Арутюняна, А.Л. Аршакуні, В.М. Гемінова, В.П. Голуба, С.М. Журкова, В.С Іванової, В.М. Кісєлівського, В.І. Ковпака, В.В. Кривенюка, Г.Ф. Лепіна, О.М. Локощенка, І.А. Одінга, Ю.М. Работнова, І.І. Труніна, А.А. Чижика, С.А. Шестерікова, Ларсона, Міллера, Менсона, Хеферда, Орра, Шербі, Дорна, Поспішила та ін. Проте, вельми значне збільшення тривалості навантаження до (3...4)Ч10⁵ год., а також признання в цілому світі економічно доцільним максимально можливе подовження строків служби металоємного обладнання теплових електростанцій робить цю проблему надто актуальною і складною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові і практичні розробки, що виконувалися в рамках дисертаційної роботи, ввійшли до звітів по темах НДР Інституту проблем міцності НАН України (№№ 1.10.2.4-16 (77...79 роки); 1.10.2.4-26 (79...81); РН.81.03.Ц-3 (82...85); 0.Ц.002-76 (84…86); 1.10.2.4-80 (87...89); 1.3.4.13 (90...92); 1.3.4.49 (93...95) 1.3.4.1 (96...98)), упроваджені на підприємстві п/с А-1147 в 1987 р., а також ввійшли в “Методические указания о порядке проведения работ при оценке индивидуального ресурса паровых турбин и продлении срока их эксплуатации сверх паркового ресурса”, РД 34.17.440-96, Москва 1996 р, з 01.01.97 по 01.01.2002 р.

Мета роботи полягає в теоретичному та експериментальному обґрунтуванні нової моделі метода базових діаграм для прогнозування тривалої міцності металевих матеріалів різних класів на строки служби 3Ч10⁵ год. та більше шляхом виявлення і обґрунтування можливостей обліку як загальних, так і характерних особливостей їх тривалого високотемпературного знеміцнювання.

Поставлена мета була досягнута в результаті рішення наступних основних задач.

1. На підставі аналізу великих обсягів як власних, так і наведених у літературі результатів експериментальних даних про тривалу міцність металевих матеріалів різних класів, а саме сплавів на основі заліза, нікелю, алюмінію, титану і тугоплавких металів, були розроблені, обґрунтовані й отримані узагальнені характеристики тривалого знеміцнювання зазначених матеріалів для удосконалювання методики прогнозування в кожному конкретному випадку;

2. Розроблення нового варіанта методу базових діаграм (МБД) для прогнозування тривалої міцності різних класів металевих матеріалів теплоенергетики на засадах систематизації експериментальних даних про їх тривалу міцність; сплав міцність металевий жароміцний

3. Прогнозування характеристик тривалої міцності низки жароміцних сплавів на термін служби 3Ч10⁵ год. на основі модифікованого МБД для оцінки індивідуального ресурсу парових турбін і продовження терміну їхньої експлуатації.

Наукова новизна одержаних результатів. Новими науковими результатами, одержаними особисто автором, у роботі є:

- конкретизація недоліку традиційного розвитку прогнозування тривалої міцності металевих матеріалів, який полягає в узагальненні і абсолютизації співвідношень, що встановлюються при обробці заздалегідь обмежених результатів експериментальних досліджень.

- обґрунтування принципової важливості для розвитку прогнозування тривалої міцності прийняття одержаних узагальнених співвідношень в якості незмінних, або базових з послідуючим переходом до оперування відхиленнями від цих співвідношень.

- встановлення взаємозв'язку між показниками тривалої міцності в різних температурно-силових областях навантаження металів, що спричиняє необхідність перегляду концепції про можливості прогнозування лише у межах однієї з таких областей;

- встановлено, що навіть тип зміцнення металів різних класів зумовлює кількісні значення показників тривалої міцності, використання яких за допомогою модифікованого МБД веде до прогнозування тривалої міцності за точністю на рівні можливостей кращих відомих методів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

- розробці метода прогнозування тривалої міцності, який відрізняється від відомих тим, що дозволяє виконувати систематизацію відомих експериментальних даних з подальшим використанням результатів цієї узагальненої систематизації для значного підвищення ефективності та надійності прогнозування;

- розробці програмного забезпечення для різних варіантів систематизації експериментальних даних і прогнозування тривалої міцності;

- одержанні узагальнених характеристиках тривалого знеміцнювання металевих матеріалів різних класів, використання яких значно полегшує вирішення задачі прогнозування тривалої міцності в кожному конкретному випадку;

- прогнозуванні характеристик тривалої міцності низки жароміцних сталей теплоенергетики на строки служби до 3Ч10⁵ год., які були введені в нині діючі російсько-українські методичні вказівки з оцінки стану обладнання парових турбін.

Достовірність розрахунків обґрунтована результатами статистичної обробки відомих експериментальних даних, що значно збільшені у порівнянні з традиційними об'ємами, а також більш високими показниками точності і надійності прогнозування тривалої міцності, що дає розроблений метод у відношенні до відомих.

Особистий внесок здобувача:

- експериментальне дослідження впливу оточуючого середовища на закономірності деформування і руйнування сплавів на нікелевій і залізо-нікелевій основі;

- дослідження впливу різних видів хіміко-термічної обробки на характеристики тривалого знеміцнювання сплавів 5ВМЦ та 9ВМЦ;

- підбір та систематичний аналіз експериментальних даних для різних класів металів;

- аналіз принципових особливостей найбільш відомих методів та виявлення їх недоліків;

- обґрунтування і розробка нового варіанту метода базових діаграм для прогнозування тривалої міцності металевих матеріалів різних класів;

- розробка програмного забезпечення для різних варіантів обробки відомих даних, їх систематизації і прогнозування тривалої міцності.

Апробація роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на конференції “Опыт контроля и исследования металла энергооборудования” (Горлівка, 1979), II Всесоюзній конференції “Ползучесть в конструкциях” (Новосибірськ, 1984), Всесоюзній науково-технічній конференції “Новые материалы и технологии термической обработки металлов” (Київ, 1985), Всесоюзній науковій нараді з проблем міцності двигунів (Москва, 1986), XII НТН з теплової мікроскопії “Структура и прочность металлов в широком диапазоне температур” (Москва, 1986), міжнародній конференції “Оцінка й обґрунтування продовження ресурсу елементів конструкцій” (Київ, 2000).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 19 робіт, з них 12 -- у фахових виданнях. Основний зміст роботи відображено в публікаціях [1--7, 10, 14, 15, 17-19], у нормативному документі для теплових електростанцій РД 34.17.440-96. У роботах, що написані у співавторстві з науковим керівником, д.т.н. В.В. Кривенюку належать ідея проведення досліджень та деякі теоретичні положення, що були покладені в основу рішення розглянутих задач.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 170 стор., містить 28 рис., 26 таблиць. Бібліографічний список налічує 152 найменування, 2 додатка.

Стислий зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність і значущість науково-технічної проблеми, що розглянута в дисертації, дано коротку характеристику її стану та загальних методів рішення. Акцентовано увагу на низку суттєвих протиріч у наукових підвалинах сучасного прогнозування, обґрунтовано постановку задачі і мету роботи, її наукове і практичне значення. Подано новизну запропонованих положень і практичну цінність одержаних результатів.

У першому розділі зроблено огляд літератури та проведено критичний аналіз відомих методів прогнозування тривалої міцності металевих матеріалів; акцентовано увагу на порівняно низькій чутливості відомих методів, зокрема тих, що найбільш широко застосовуються в інженерній практиці; розглянуто загальні методи формування нових рівнянь стану; наведено загальні відомості про повзучість жароміцних та жаростійких матеріалів, про їх фізико-хімічні, механічні і структурні властивості; обґрунтовано та уточнено основні задачі дослідження, важливість і необхідність розробки нового методу, а також вимоги до нього.

У другому розділі докладно розглянуто метод базових діаграм, який збудований на використанні сім'ї незмінних діаграм, що описуються загальним рівнянням:

(1)

де _t -- поточне значення тривалої міцності при довговічності t, год., що відповідає окремій базовій діаграмі, яка визначається конкретним значенням ?₁, МПа; ?₁ -- напруга, що викликає руйнування за 1 годину.

При використанні МБД розглядаються незалежно лише окремі ділянки (що складають за часом орієнтовано один порядок по логарифмічній шкалі) діаграм тривалої міцності. Відхилення кожної ділянки експериментальної діаграми від відповідної ділянки базової в межах від ?t до t, виходячи з відношення t/?t 10, визначається характеристикою

(2)

де ??_tе і ??'_t -- величини зниження тривалої міцності відповідно по експериментальній і базовій діаграмам за один і той же час від t до tе = t. В результаті інформація про окрему ділянку подається у координатах ?_е ?_?t окремою крапкою з відповідними координатами (рис. 1), що дозволило перейти до якісно нового узагальнення і систематичного аналізу відомих експериментальних даних.

Прогнозування характеристики, що досліджується ?_t по вихідному значенню ?_?t здійснюється за допомогою формули

(3)

де ? -- узагальнений показник відхилень окремих ділянок експериментальних діаграм від відповідних ділянок базових для окремого матеріалу і відповідних умов випробовування.

У першому наближенні

(4)

де n -- кількість ділянок, що розглядається.

Для більш точного визначення задається ряд значень _i від максимальних, які дорівнюють 2,2 ... 2,3, до мінімальних з довільним кроком, наприклад, 0,1. Потім для кожної пари експериментальних даних ?_?t і ?_tе за формулами (1) і (2) при кожному значенні _і прогнозують ?_t по ?_?t при умові, що t = te і розраховується похибка такої оцінки за формулою

. (5)

Результати таких оцінок дають можливість розрахувати середньо квадратову похибку прогнозування за формулою

. (6)

Як показали дослідження, залежність S = f(_i) має вигляд параболи (рис. 2). Мінімум цієї параболи чітко визначає шукане _і.

Більшість відомих методів орієнтовано на облік лише загальних або усереднених закономірностей. МБД відрізняється від них на сам перед можливістю обліку як загальних закономірностей за допомогою сталих в, так і відхилень від таких закономірностей за допомогою характеристик в_е. Обґрунтовується, що перехід до систематичного аналізу відхилень від загальних закономірностей є принципово важливим для забезпечення подальшого ефективного розвитку рішення проблеми, що розглядається. В принциповому відношенні структурні схеми багатьох методів близькі, в тому числі методів Мейсона-Хеферда і МБД. Наприклад, аналіз експериментальних даних у координатах логарифм напруги -- температура, дозволив установити приблизну рівність ділянок при у_t = const між лініями t_p = const (t_p -- час до руйнування), на підставі чого було запропоновано метод Менсона-Хеферда. Встановлення усереднених закономірностей у_в = f(у_t) при t_p = const дозволило при у_в = const також одержати приблизну рівність ділянок меж лініями t_p = const, це в свою чергу дозволило одержати окремі або базові діаграми при конкретних значеннях у_в, що і покладено до підвалин МБД. В обох випадках -- це орієнтовні співвідношення, від яких завжди є відхилення, що установлюються експериментально. Існуюча система прогнозування нехтує цими відхиленнями. Виконане у даному випадку дослідження відрізняється тим, що будується на систематичному аналізі таких відхилень.

При великій кількості відомих методів до теперішнього часу чітко визначились методи, що найбільш широко застосовуються. Зокрема це методи Ларсона-Міллера, Менсона-Хеферда, Орра-Шербі-Дорна.

На сьогодні Національний інститут досліджень властивостей металів (NRIM) в Токіо виконав майже половину відомих у світі експериментів тривалістю 10⁵ год. та більше. Публікації цих даних супроводжуються обробкою за допомогою одного з перелічених параметричних методів. Наприклад, для обробки 36 діаграм тривалої міцності сталі Х18Н9Т за методом Менсона-Хеферда було використано понад 50 чисельних значень сталих типу -6,8139110-¹, 1,341773, -1,009934, 3,35602910-¹,-4,17499810-². Для обробки таких же даних за МБД у режимі прогнозування було застосовано лише дві сталі = 1,2 і = 1,3 крім чисельних значень параметрів, які входять до рівняння (1).

Відповідні результати обробки за МБД приведені на рис. 1. На таких рисунках координати кожної крапки дають відповідну інформацію про параметри окремої ділянки однієї з низки діаграм тривалої міцності.

Подання експериментальних даних у такому вигляді дозволяє виконувати систематизацію значних обсягів цих даних з достатньо чітким виявленням загального в процесі тривалого знеміцнювання по характеристикам в і відхилень від загального по характеристикам в_е.

Доведено, що саме це забезпечує уточнення методу на підставі взаємного розвитку систематизації відомих експериментальних даних і подальшого використання результатів такої систематизації для покращення прогнозування тривалої міцності.

У третьому розділі здійснено детальний аналіз відомих даних про випробовування сплавів на основі заліза тривалістю 10⁵ год. і більше. Обсяг експериментальних даних великої тривалості сплавів заліза значно перевищує аналогічні обсяги сплавів на основі інших металів. Ці дослідження дозволили удосконалити МБД. Було встановлено, що слід розглядати чотири часових інтервали 10³ 10⁴, 10⁴ 10⁵, 10⁵210⁵, 210⁵310⁵ год. з введенням для кожного із них характеристик. Було виявлено, що найбільш ймовірним є зв'язок

Додаткове використання такого зв'язку і визначає суть модифікованого МБД. Із (7) і (8) виходить, що після визначення ₁ по ₁₀³ і ₁₀⁴, значення ₂, ₃ і ₄ для прогнозування відповідних ₁₀⁵ по ₁₀⁴, ?₂₁₀⁵ по ₁₀⁵ і ?₃₁₀⁵ по ?₂₁₀⁵ розраховуються шляхом послідовного додавання _n = 0,2.

У такому вигляді МБД був застосований для рідкісних даних про випробовування, які тривали 310⁵ год. (? 36 років). Виявилось, що величина середньої квадратичної похибки S при прогнозуванні характеристик ?₁₀⁵, ?₂₁₀⁵, ?₃₁₀⁵ по даним лише у₁₀³ і у₁₀⁴ склала 13,2%.

Якщо погодитись з припустимістю такого прогнозування на півтора порядки за часом, тобто з 10⁴ на 310⁵ год., що визначається величиною S = 13,2%, то використання _n = 0,2 в різних часових інтервалах свідчить відповідно про взаємозв'язок показників тривалої міцності.

Систематизація відомих експериментальних даних у даному випадку зводилася до встановлення для певних комплексів експериментальних даних таких значень , при яких виповнювалася б умова

S 10…12%.

Відповідно в табл. 1 приведені результати узагальненого аналізу майже половини відомих у світі даних про експерименти тривалістю понад 10⁵ год. Аналіз полягає в тому, що для кожної діаграми по ?₁₀³ і ?₁₀⁴ встановлювалось значення ₁, а потім для дев'яти плавок сталі, що випробовувались в однакових умовах, встановлювалось таке значення ₂, при якому прогнозування ?₁₀⁵ по ?₁₀⁴ і = ₂ = ₁ + ₂ приводило до S 10…12%. Робота виконувалась з орієнтуванням на цю умову, оскільки застосування параметричних методів часто призводить до S ? 12 %.

Це підтверджують і дані прямого порівняння S (рис. 3), що дають параметричні методи, МБД і МБД-М. Порівняння здійснювалось на основі обробки експериментальних даних про тривалу міцність для 69 плавок наведених у табл.1 матеріалів.

Дані підбиралися таким чином, щоб для кожної конкретної плавки і температури максимальне експериментальне значення часу до руйнування було на один порядок більше в порівнянні з попереднім значенням. Потім, по обмеженим даним, тобто без врахування останніх значень, здійснювали прогнозування тривалої міцності на напруги, які відповідають останнім експериментальним значенням.

По отриманим розрахунковим довговічностям і наявним експериментальним значенням часу до руйнування для кожного досліджуваного методу визначали середньо квадратичну похибку прогнозування.

Загальні дані про похибки прогнозування за логарифмом часу, які розраховувались за формулою

, (10)

Таблиця 1

Величини середньої квадратичної похибки прогнозування S по МБД при використанні значень ??1, що приведені

№	Матеріал	T, C	2	S, %
1		600
2	X18H9T	650	0,25	9,5
3		700
4		450	0,4
5	X13	500	0,2	11
6		550	0,3
7		600	0,4
8		500	0,2
9	12X2M1(1)	550	0,2	12,3
10		600	0,7
11		650	-0,2
12		450	0,2
13		500	0,2
14	12X2M1(2)	550	0,2	10,6
15		600	0,0
16		650	-0,1
17		450	0,8
18	12MX	500	0,4	12,6
19		550	-0,38
20		450	0,8
21	15XM	500	0,4	13,3
22		550	-0,1	(15,0)
23		600	0,4
24		500	0,2
25	25X1M1Ф	550	0,7	9,8
26		600	0,5	(12,7)
27		450	0,8
28	15X1M1Ф	500	0,5	9,1
29		550	0,6	(10,9)
30		600	0,1

при використанні параметричних методів Ларсона - Міллера, Орра - Шербі - Дорна, а також МБД і МБД-М приведені на рис. 3. Аналіз наведених даних показує, що в 54 випадках з розглянутих 69 МБД-М забезпечує більш високу точність прогнозування як у порівнянні з параметричними методами, так і при використанні МБД. І лише в 15 випадках МБД-М поступається по точності параметричним. Однак і в цих випадках рівень похибок, одержуваних при використанні МБД-М, знаходиться нижче середнього для розглянутих сплавів.

У четвертому розділі по МБД здійснювалась обробка трьох комплексів даних про тривалу міцність нікелевих жароміцних сплавів з інтерметалідним зміцненням виробництва СНД, США і Англії, Японії. Кожна крива тривалої міцності розглядалась у вигляді незалежних окремих ділянок. При цьому значення у_бt визначало ліву межу кожної окремої ділянки діаграми тривалої міцності, а величина в_е -- її нахил. Значення Д, яке розраховувалось за формулою (5), визначало похибку прогнозування правої межі кожної ділянки (рис. 4).

Рис. 4. Силова залежність похибки прогнозування тривалої міцності для сплавів нікелю: а -- виробництва СНД, б -- США та Англії, в -- Японії і алюмінію (г). Кружечками відмічені випадки максимальних похибок прогнозування, яки були виключені з розгляду.

Загальна кількість ділянок, що розглядались, для першого комплексу даних (рис. 4, а) дорівнювала 100. В результаті застосування МБД при в = 1,6 виявилось, що величина S = 16,6 %. Після виключення із розгляду шести експериментальних даних з максимальними значеннями похибок прогнозування (на рис. 4 відмічено кружечками) величина S знизилась до 10,6 % при в = 1,5, що призвело до згоди з умовою (9). Такі результати є за сучасною уявою достатньо несподіваними.

У підтримку цього треба занотувати, що подібні результати прогнозування при обробці ідентичного обсягу експериментальних даних досягаються при використанні до п'ятдесяти і більш чисельних значень сталих. У цьому випадку використано лише одне значення в = 1,6, якщо не приймати до уваги чисельні значення сталих рівняння (1), які у всіх випадках залишаються незмінними.

Другий комплекс досліджень (рис. 4, б) включав дані лише про у₁₀₀ і у₁₀₀₀ при п'яти рівнях температур для тридцяти плавок. Було встановлено, що прогнозування по МБД при загальному значенні в = 1,3 і числі розглянутих ділянок n = 155 призвело до S = 14,2%, а після виключення із розгляду 5 випадків максимальних значень Д величина S знизилась до 10,9%, що погоджується з умовою (9).

Вище розглядались випадки порівняно малих значень довговічності або розрахункові значення тривалої міцності при довговічностях 10⁵ год. В зв'язку з цим цікаві результати обробки даних третього комплексу досліджень про випробування до 10⁵ год. (рис. 4, в).

Аналогічно було встановлено, що при в = 1,3 і числі розглянутих ділянок n = 165 величина S дорівнює 12,2%. Після виключення із розгляду 5 випадків максимальних значень похибок величина S знизилась до 9,5%.

Розглянута обробка по МБД трьох комплексів даних про тривалу міцність дозволяє чітко констатувати загальні закономірності, що визначаються значеннями в, які змінюються в вузьких межах при виконанні умови (9). Доведена також суттєва роль відхилень, незначна кількість яких, біля 3…6%, може суттєво відбиватись на виконанні умови (9). Робиться висновок, що перспективи покращення прогнозування слід пов'язувати з обов'язковим систематичним аналізом відхилень від загальних закономірностей тривалого знеміцнювання.

У п'ятому розділі приведені результати обробки по МБД даних про тривалу міцність сплавів алюмінію і в обмеженому обсязі сплавів титану. Прогнозування запроваджувалось при в = 0,9. В результаті обробки 135 ділянок діаграм тривалої міцності (рис. 4, г) було встановлено S = 10,3 %.

При чисельному дослідженні закономірностей пластичного деформування і тривалого руйнування широко використовується залежність

(11)

де -- швидкість деформування на сталій стадії повзучості (в багатьох моделях приймається , де t_p -- довговічність), Е -- модуль пружності, D -- коефіцієнт самодифузії, A і n -- сталі.

Нормування прикладених напруг за величиною модуля пружності у відповідності з його температурною залежністю призвело до підвищення значення в для сплавів алюмінію від 0,9 до 1,4.

Кращими в порівнянні з іншими сплавами виявились результати прогнозування тривалої міцності сплавів титану. Сплави титану застосовуються при порівняно низьких температурах. Як виявилося, практично при одному значенні було забезпечене прогнозування тривалої міцності при S 5 %.

У шостому розділі приведені результати аналогічного аналізу за допомогою МБД даних про тривалу міцність сплавів на основі ванадію, ніобію, танталу, молібдену та вольфраму. Особливістю цих експериментальних даних є те, що вони відносяться до матеріалів з переважно твердорозчинним зміцненням. В результаті виявилось, що для двох комплексів експериментальних даних -- результатів випробувань, виконаних по низці національних програм США, і даних, отриманих в ІПМіц НАН України, значення виявились практично ідентичні і рівні для сплавів ванадію, ніобію та вольфраму -- 1,1 та для сплавів танталу і молібдену -- 1,0.

Важливість цих результатів з'ясовується перш за все наступним. Саме опірність високотемпературним навантажуванням тугоплавких металів зазнає впливу значно більшої кількості факторів порівняно з іншими сплавами через їх підвищену здатність до окислення. Свого часу припускалось, що це буде у значній мірі відбиватись на закономірностях тривалого руйнування. МБД дозволив чітко констатувати, що це далеко не так.

На підсумок усі випробування, що були виконані, призводять до висновку, що до визначальних особливостей тривалого руйнування металів у першу чергу має відношення такий фактор, як тип зміцнення. Для твердорозчинного зміцнення характерні вельми загальні значення порядку 1,0 ... 1,3, та для дисперсійного порядку 1,4 ... 1,8.

У висновках стисло сформульовано головні здобутки дисертаційної роботи.

На основі встановленого взаємозв'язку між нахилами окремих ділянок діаграм тривалої міцності в різних температурно-силових областях навантаження металевих матеріалів розроблено новий варіант методу базових діаграм для прогнозування тривалої міцності.

У виконаному за допомогою МБД дослідженні цілком виключено оперування емпіричними константами, що забезпечило істотне уточнення особливостей досліджуваних закономірностей і, відповідно, підвищення точності і надійності прогнозування.

За допомогою МБД-М уперше виконано систематичний аналіз відомих і отриманих даних про тривалу міцність сплавів на основі заліза, нікелю, алюмінію, титану, ніобію, танталу, молібдену, вольфраму, у тому числі більш половини відомих у світі даних про експерименти тривалістю 10⁵ год. і більше.

Обґрунтовано істотні переваги модифікованого МБД у порівнянні з широко використовуваними в світі методами Ларсона-Міллера, Менсона-Хеферда, Орр-Шербі-Дорна.

Для різних класів металевих матеріалів за допомогою МБД-М уперше встановлені узагальнені показники тривалого знеміцнювання і, відповідно, розрахункові параметри : при твердорозчинному зміцненні - 1,1.…1,3; при дисперсному - 1,4.…1,8, які визначаються, в основному, типом зміцнення (твердорозчинне, дисперсне) і можуть бути безпосередньо використані для наближеної розрахункової оцінки тривалої міцності.

Для низки жароміцних сталей за допомогою розробленого методу виконано прогнозування характеристик тривалої міцності на терміни служби 310⁵ год., які введені в нині діючі російсько-українські методичні вказівки по оцінці стану устаткування парових турбін.

Обґрунтовано, що на противагу традиційному прогнозуванню тривалої міцності, орієнтованому переважно на облік загальних закономірностей, принциповий розвиток і істотне поліпшення прогнозування варто зв'язувати з додатковим систематичним розглядом і обліком відхилень від таких закономірностей.

Додатки А та Б мають документи про застосування результатів роботи.

Основні результати дисертації знайшли своє відбиття у наступних публікаціях

1. Бугай Н.В., Кривенюк В.В., Авраменко Д.С. Взаимосвязь кратковременных механических и длительных прочностных свойств стали 12Х1МФ // Опыт контроля и исследования металла энергооборудования. Ордена Ленина ПЭО “Донбассэнерго” 17-19 апреля 1979 г. Тезисы докл. Горловка, 1979. С. 12-15.

2. Кривенюк В.В., Авраменко Д.С. Метод оценки характеристик длительной прочности тугоплавких металлов // Пробл. прочности. 1980. №3. С. 17-19.

3. Бугай Н.В., Кривенюк В.В., Авраменко Д.С. Об использовании кратковременных механических характеристик для оценки длительных прочностных свойств стали 12Х1МФ // Там же. С. 54-56.

4. Влияние окружающей среды на закономерности деформирования и разрушения при ползучести никелевого сплава ЭП782 / Цвилюк И.С., Пыльников В.И., Расторгуева И.А., Авраменко Д.С. // Пробл. прочности. 1982. №2. С. 52-55.

5. Влияние легирования азотом на характеристики длительной прочности сварных соединений из сплавов на основе молибдена / Цвилюк И.С., Полищук А.Н., Бадаев А.Н., Авраменко Д.С. // Пробл. прочности. 1983. №10. С. 99-103.

6. Цвилюк И.С., Пыльников В.И., Авраменко Д.С. Характеристики жаропрочности сплавов на основе молибдена // Пробл. прочности. 1983. №12. С. 90-92.

7. Влияние химико-термической обработки на закономерности деформирования и разрушения при ползучести сплавов на основе ниобия / Цвилюк И.С., Пыльников В.И., Коровайцев А.В., Авраменко Д.С. // Пробл. прочности. 1984. №9. С. 49-53.

8. Цвилюк И.С., Авраменко Д.С. Экспериментальная проверка приемлемости параметрических методов для описания и экстраполяции данных по длительной прочности тугоплавких металлов // II Всесоюзная конференция “Ползучесть в конструкциях”, Новосибирск, 1984 г. Тезисы докладов. С. 88-89.

9. Цвилюк И.С., Авраменко Д.С. Влияние химико-термической обработки на характеристики сплавов на основе ниобия // Всесоюзная научно-техническая конференция “Новые материалы и технологии термической обработки металлов”. Киев, 10-12 сентября 1985 г.: Тезисы докладов. М.: КМС ВСНТО, 1985. С. 161.

10. Цвилюк И.С., Авраменко Д.С. Параметрические методы описания и экстраполяции характеристик длительной прочности тугоплавких металлов // Пробл. прочности. 1985. №12. С. 59-63.

11. Закономерности деформирования и разрушения при ползучести железоникелевого сплава в вакууме и на воздухе / Цвилюк И.С., Русинович Ю.И., Расторгуева И.А., Пономарева В.П., Авраменко Д.С. // Пробл. прочности. 1986. №1. С. 43-48.

12. Цвилюк И.С., Авраменко Д.С. Особенности деформирования и разрушения при ползучести железоникелевого сплава в вакууме и на воздухе // Всесоюзное научное совещание по проблемам прочности двигателей, Москва, 3-5 июня 1986 г.: Тезисы докладов. М.: ИПМех. 1986. С.

13. Влияние предварительного кратковременного нагружения на закономерности деформирования и разрушения при ползучести железоникелевого сплава / Цвилюк И.С., Маковецкая И.А., Штукатурова А.С., Авраменко Д.С. // XII НТС по тепловой микроскопии “Структура и прочность металлов в широком диапазоне температур”. Тезисы докладов. Москва, 1986. С. 87-88.

14. Влияние легирования рением на закономерности деформирования и разрушения сплава на основе молибдена / Цвилюк И.С., Казакова Н.И., Демина Л.Н., Авраменко Д.С. // Пробл. прочности. 1987. №12. С. 47-49.

15. Влияние окружающей среды на закономерности деформирования и разрушения при ползучести железоникелевого сплава / Цвилюк И.С., Авраменко Д.С., Ющенко К.А., Савченко В.С., Морозова Р.И. // Пробл. прочности. 1988. №12. С. 58-61.

16. Сравнительный анализ методов прогнозирования длительной прочности / Кривенюк В.В., Авраменко Д.С., Будинский В.Р., Коляда В.П. // Международная конференция “Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций”. Тезисы докладов. Киев, 2000. С. 121-122.

17. Сравнительный анализ методов прогнозирования длительной прочности / Кривенюк В.В., Авраменко Д.С., Будинский В.Р., Коляда В.П. // Труды Междунар. конф. “Оценка и обоснование продления ресурса элементов конструкций”. Киев, 6-9 июня 2000. С. 403-410.

18. Кривенюк В.В., Заслоцкая Л.А., Авраменко Д.С. Некоторые особенности и возможности обобщенного анализа характеристик длительной прочности металлических материалов // Пробл. прочности. 2000. № 3. С. 24-36.

19. Кривенюк В.В., Авраменко Д.С., Скляревский Д.Р. Прогнозирование длительной прочности металлических материалов различных классов // Пробл. прочности. 2000. № 6. С. 61-72.

Анотація

Авраменко Д.С. Метод прогнозування тривалої міцності металевих матеріалів на великі строки служби. -- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 -- динаміка та міцність машин Інститут проблем міцності НАН України, Київ, 2002.

Дисертацію присвячено питанням прогнозування тривалої міцності металевих матеріалів на великі терміни служби. На основі концепції базових співвідношень виконано систематичний аналіз відомих і отриманих даних про тривалу міцність сплавів на основі заліза, нікелю, алюмінію, титану, ніобію, танталу, молібдену, вольфраму, у тому числі більш половини відомих у світі даних про експерименти тривалістю 10⁵ год. і більше. Встановлено взаємозв'язок між нахилами окремих ділянок діаграм тривалої міцності в різних температурно-силових областях навантаження металевих матеріалів та розроблено новий варіант методу базових діаграм для прогнозування тривалої міцності. Для різних класів металевих матеріалів за допомогою МБД-М уперше встановлені узагальнені показники тривалого знеміцнювання, які можуть бути безпосередньо використані для наближеної розрахункової оцінки тривалої міцності. Обґрунтовано істотні переваги модифікованого МБД у порівнянні з широко використовуваними в світі параметричними методами. Обґрунтовано, що на противагу традиційному прогнозуванню тривалої міцності, орієнтованому переважно на облік загальних закономірностей, принциповий розвиток і істотне поліпшення прогнозування варто зв'язувати з додатковим систематичним розглядом і обліком відхилень від таких закономірностей. Основні результати праці знайшли промислове впровадження при розрахунках індивідуального ресурсу парових турбін, елементів конструкцій нової техніки, а також для підготовки нормативно-технічної документації.

Ключові слова: тривала міцність, метод базових діаграм, похибка прогнозування, структурний стан.

Аннотация

Авраменко Д.С. Метод прогнозирования длительной прочности металлических материалов на большие сроки службы. -- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.09 -- динамика и прочность машин. Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, 2002.

Диссертация посвящена вопросам прогнозирования длительной прочности металлических материалов на большие сроки службы. На основе концепции базовых соотношений выполнен систематический анализ известных и полученных данных о длительной прочности сплавов на основе железа, никеля, алюминия, титана, ниобия, тантала, молибдена, вольфрама, в том числе более половины известных в мире данных об экспериментах продолжительностью 10⁵ ч. и более. Установлена взаимосвязь между наклонами отдельных участков диаграмм длительной прочности в разных температурно-силовых областях нагружения металлических материалов и разработан новый вариант метода базовых диаграмм для прогнозирования длительной прочности. Для разных классов металлических материалов с помощью МБД-М впервые установлены обобщенные показатели длительного разупрочнения, которые могут быть непосредственно использованы для приближенной расчетной оценки длительной прочности. Обоснованы важные преимущества модифицированного МБД по сравнению с широко используемыми в мире параметрическими методами. Обосновано, что в противоположность традиционному прогнозированию длительной прочности, ориентированному преимущественно на учет общих закономерностей, принципиальное развитие и существенное улучшение прогнозирования следует связывать с дополнительным систематическим рассмотрением и учетом отклонений от таких закономерностей. Основные результаты работы нашли промышленное применение при расчетах индивидуального ресурса паровых турбин, элементов конструкций новой техники, а также для подготовки нормативно-технической документации.

Ключевые слова: длительная прочность, метод базовых диаграмм, погрешность прогнозирования, структурное состояние.

Annotation

Dmitry S. Avramenko. The method of forecasting of long durability of metallic materials on large service life. -- The manuscript.

The dissertation on the candidate's degree of technical sciences by specialty 05.02.09 -- The dynamics and strength of machines. -- Institute for problems of strength of National Academy of Science of Ukraine, Kiev, 2002.

The dissertation is devoted to questions of forecasting of long-term strength of metal materials on the big service life. On the basis of the concept of base parities the regular analysis of the known and received data on long term strength of alloys is executed on the basis of iron, nickel, aluminum, titanium, niobium, tantalum, molybdenum and tungsten, including more than half of known data in the world about experiments by duration 10⁵ h and more. The interrelation between tilts of separate sites of diagrams of long durability in different temperature-strength areas loading metal materials is established and the new variant of a method of base diagrams for forecasting long-term strength is developed. For different classes of metal materials with the help of MBD-M the generalized parameters long-term rupture that may be directly used for the approached settlement estimation of long-term strength for the first time are established. The important advantages modified MBD are proved in comparison with parametrical methods widely used in the world. It is proved, that as opposed to the traditional forecasting long-term strength focused mainly on the account of the general patterns, basic development and substantial improvement of forecasting should be connected to additional regular consideration and the account of deviations from such patterns. The basic results of work have found industrial application at calculations of an individual resource of steam turbines, elements of designs of new engineering, and also for preparation of the specifications and technical documentation.

Keywords: long durability, method of the base diagrams, error of forecasting and structural condition.

Размещено на Allbest.ru