Главная -> Словарь

Усталостная долговечность

Вместе с тем, как это было отмечено выше, прогнозирование коррозионо-усталостных повреждений магистральных трубопро-

где const - количество циклов на стадии накопления усталостных повреждений, определяемое по .

Проведенными исследованиями с использованием компьютерной обработки экспериментальных данных впервые было установлено , что на стадии накопления усталостных повреждений наблюдается зависимость показателя степени модели Коффина - Мэнсона от величины наложенного потенциала поляризации. С увеличением последнего по абсолютной величине mi уменьшается с 0,61 для потенциала 0,0 В, НВЭ до 0,46 для потенциала минус 0,62 В, НВЭ , что находит свое отражение в увеличении времени до зарождения трещины.

Освободиться от вышеперечислен!! ix недостатков позволяет предложенный коыроль образующихся при переменном деформировачш: усталостных повреждений материала в виде микродеформаций кристаллической решетки металла Ad/d, если принять ее в качестве кинетического параметра, характеризующего усталостный процесс. Этот параметр обладает высокой чувствительностью к изменению характера распределения и концентрации дефектов кристаллического строения металлов и является мерой упругой энергии искажений кристалла в процессе переменного деформирования. В связи с тем, что величина микродеформаций Ad/d определяется с помощью расчета рентгенограмм материалов посредством специальных математических методов , позволяющих с высокой точностью разделять влияние на физическое расширение дифракционных линий собственно микродеформаций и размеров блоков мозаики, появляется возможность однозначной оценки уровня запасенной энергии кристаллической решетки металла. Таким образом можно проследить и за изменением уровня запасенной энергии материала в течение всего усталостного или коррозионно-усталостного процессов вплоть до разрушения. При этом извест-

Коррозионно-усталостное разрушение материалов ТГО происходит в результате сложных процессов, среди которых важнейшим является механоэлектрохимическое взаимодействие напряженного металла с коррозионно-активной средой. С учетом стадийного характера замедленного усталостного разрушения и показанной кинетики изменения физико-механических и электрохимических свойств трубных материалов по мере накопления ими усталостных повреждений выявлялась кинетика изменения тонкой структуры, физико-механических и электрохимических свойств рассматриваемых материалов в процессе их коррозионной усталости.

Исследования изменений магнитных свойств под действием циклического деформирования применительно к контролю усталости сталей описаны во многих работах. С практической точки зрения изменения электрофизических параметров можно использовать для оценки накопления усталостных повреждений в деталях, подверженных действию циклической нагрузки.

Исследования изменений магнитных свойств под действием циклического деформирования применительно к контролю усталости сталей описаны во многих работах. С практической точки зрения изменения электрофизических параметров можно использовать для оценки накопления усталостных повреждений в деталях, подверженных действию циклической нагрузки.

Если из-за износа, усталостных повреждений или разболтанности

В настоящее время в РФ эксплуатируется несколько десятков тысяч километров газопроводов, построенных в период с 1970 по 1980 годы. Несовершенство технологии строительства приводит к снижению качества строительно-монтажных работ, возникновению различных дефектов в металле стенки труб и снижению безопасности эксплуатации газопроводов. Длительные сроки эксплуатации газопроводов и непрерывно изменяющиеся параметры перекачки способствуют увеличению количества механических и развитию усталостных повреждений в металле труб, которые в свою очередь могут привести к авариям.

В эксплуатации находятся тысячи километров нефтепроводов и нефте-продуктопроводов, построенных в 50 - 80 - е годы с применением газопрессовой и электроконтактной сварки. Необходимость быстрого сооружения нефтепроводов и нефтепродуктопроводов в сочетании с несовершенством технологии сварочных работ приводила к снижению качества строительно-монтажных работ, что явилось причиной возникновения различных дефектов в сварных соединениях и околошовных зонах. Длительность срока эксплуатации трубопроводов, непрерывно изменяющиеся параметры перекачки и окружающей среды способствовали увеличению количества коррозионных и усталостных повреждений в сварных соединениях и металле труб.

Для проведения расчетов на циклическую долговечность нефтехимических аппаратов, изготовлениях из биметалла, помимо характеристик сопротивления усталости необходимо знать закономерности накопления усталостных повреждений СНУЛ). Применяемое правило линейного суммирования повреждений справедливо для автомодельного процесса НУП, когда мера НУП не зависит от уровне приложенных напряжений. Поэтому с учетом параметре нелинейности суммирования повреждении - tL , условие разрушения после К блоков нагру-жения можно представить в виде

Известно, что преимущественное накопление усталостных повреждений происходит в сварных швах, где за счет конструктивной формы и наличия технологических дефектов имеет место локальное повышение напряжений. При расчете сварных швов для перехода от значений внешних нагрузок я локальным напряжениям необходимо иметь значения коэффициентов концентрации напряжений. Отсутствие систематизированных значений этих коэффициентов не позволяет провести полную оценку их величины. Наиболее полным представляется метод

Коррозионно-усталостная долговечность трубопровода определяется из , при этом относительное поперечное сужение определяется согласно и составляет для трубной стали 17Г1С 60%. Согласно зависимости, приведенной на рис. 38, для минимально допустимого значения потенциала катодной защиты магистральных трубопроводов, равного минус 0.85 В , показатель степени m модели Коффина - Мэнсона составляет 0,48. Величина уп-ругопластической деформации в концентраторе напряжений еа определяется, согласно , по формуле

На основании полученного давления проводим поверочный расчет на прочность в условиях коррозионно-усталостного воздействия. Кольцевые напряжения от внутреннего давления уменьшаются по сравнению с предыдущими и составляют схс = 252,4 МПа. Деформация в стенке трубы составляет sp = 0.00126. Коэффициент концентрации напряжений от формы сварного шва равен оСф = = 1,525, а коэффициент концентрации напряжений от геометрических отклонений сварного соединения для скорректированного давления составил о^, = 1,429. Коэффициент концентрации напряжений сварного соединения при этом оказался равным сс = 2,179. Тогда для полученного значения а эффективный коэффициент концентрации деформации в упругопластической области уменьшается до величины Кс= 2,98. Амплитуда упругопластической деформации в концентраторе напряжений составила е.. = 0,00375. Для данного значения ga коррозионно-усталостная долговечность трубопровода увеличивается до величины N = 12 234 цикла, которая удовлетворяет установленному для нефтепровода ресурсу.

Установлено, что усталостная долговечность сплавов 36НХТЮ и 68НХВКТЮ примерно в 7 раз выше долговечности сплава 40НКХТЮМД, что связано с ограниченным запасом его пластичности. Проведенные фрактографические исследования поверхности изломов показали, что большая часть поверхности излома сплава 40НКХТЮМД имеет бороздчатую топографию. Равномерное распространение трещины изредка прерывается на включениях. Разрушение происходит по межкристал-литному механизму. Иной характер разрушения наблюдается у сплавов 36НХТЮ и 68НХВКТЮ. Поверхность излома имеет извилистый рельеф в направлении фронта развития трещины. На ' имеющихся включениях магистральная трещина меняет свое направление. Между фронтом стабильно развивающейся трещины и зоной ее нестабильного роста, наблюдающегося при доломе, имеются зоны вытяжек, свидетельствующих о значительно большей пластичности этих сплавов .

Известно, что коррозионно-активная среда даже при отсутствии механических напряжений существенно изменяет физико-механические свойства металла, и состояние его поверхности, а также вызывает появление местных очагов концентрации напряжений. Тогда пребывание сильфона в периоды отключения КИП и А в контакте с остатками транспортируемой агрессивной среды может оказать значительное последействие на усталостную и кор-розионно-усталостную прочность. В связи с этим было исследовано влияние на усталостную долговечность предварительной выдержки сплавов для изготовления УЧЭ в средах и условиях, имитирующих газопромысловые. Были проведены сравнительные усталостные испытания сплавов 68НХВКТЮ и 40НКХТЮМД после их предварительной выдержки в течение 168 часов в среде, имитирующей по активности натурную: 5 % NaCl + 0,5 % СН3СООН при температуре 25 °С и парциальном давлении сероводорода, равном 1МПа. Экспозиция сплавов в электролите значительно изменила их физико-механические свойства. Так, например, микротвердость сплава 40НКХТЮМД возросла от 5 000 МПа до 5 600 МПа , а сплава 68НХВКТЮ соответственно - от 3 750 МПа до 4 550 МПа . Это связано с наводороживанием сплавов в используемой среде. В результате происшедших изменений физико-механических свойств исследованных сплавов их усталостная долговечность значительно понизилась: у сплава 40НКХТЮМД примерно в 2 раза, у 68НХВКТЮ - в 1,5. Фрактографические исследования поверхности усталостных изломов сплавов, предварительно выдержанных в электролите, показали уменьшение количества вязких составляющих по сравнению с изломами, полученными на сплавах в исходном состоянии. Особенно значительно повлияла предварительная выдержка в наводороживающеи среде на характер разрушения сплава 40НКХТЮМД. Изломы имеют плоскую поверхность с фасетками скола, на ней видны микропоры, которые можно интерпретировать как бывшие центры поглощения водорода в дефектных участках кристаллической решетки металла. Поверхность излома сплава 68НХВКТЮ испещрена микротрещинами, возникшими, по-видимому, из-за значительного увеличения его твердости при повышении давления молекулярного водорода, накопленного в ловушках.

Тонкие структурные изменения, происходящие при коррозионной усталости, являются следствием механохимических процессов, имеющих автокаталитический характер: деформационное упрочнение поверхности металла, повышая его химический потенциал, приводит к ускоренному механохимическому растворению запирающего слоя, то есть к стимуляции хемомеханического эффекта. Последний, в свою очередь, за счет пластифицирующего действия способствует более энергичному деформационному упрочнению поверхностных слоев металла и последующему еще более ускоренному механохимическому их растворению и повторению описанного цикла. Уровень микроискажений кристаллической решетки при этом колеблется по амплитуде более интенсивно, чем на воздухе, вызывая ускоренное коррозионно-усталостное разрушение. Коррозионно-усталостная долговечность в итоге оказывается примерно в 2 раза меньше, чем долговечность на воздухе. Наблюдается аналогичная зависимость и микротвердости от числа циклов нагружения этой стали.

Процессы малоцикловой коррозионной усталости на сплаве титана ВТ1-0 в целом протекают по такому же механизму, как и у стали 18-10, несмотря на различную природу материалов, хотя это различие и сказывается на конкретном ходе зависимостей. Так, максимальные значения уровня микродеформаций здесь достигаются при много меньших числах циклов нагружения, чем на стали 18-10, а их абсолютные величины почти в 2 раза выше. Это приводит к относительно раннему коррозионно-усталостному разрушению сплава, причем на воздухе его усталостная долговечность примерно в 1,5 раза выше, чем в электролите, но и в том, и в другом случае титан обладает значительно более низкой усталостной долговечностью по сравнению со сталью 18-10 . Такое поведение технического титана можно объяснить следующим. Известно, что по своим термодинамическим свойствам титан является химически активным металлом. Однако на его поверхности очень интенсивно образуется тонкая оксидная пассивирующая пленка, отличающаяся более высокой, чем у других металлов, устойчивостью. При этом электрохимическими исследованиями установлено, что титан подвергается сильному химическому действию только в тех средах, в которых защитный слой пленки разрушается и не восстанавливается. В нашем случае в условиях усталостного малоциклового нагружения в связи с развитием больших микропластических деформаций ' хрупкая оксидная пленка разрушается и открывается доступ кислорода воздуха или электролита при коррозионной усталости к термодинамически неустойчивой матрице основного металла. Даже кислород, резко снижая пластичность титана, способствует значительному падению усталостной долговечности на воздухе по сравнению со сталью 18-10. Это подтверждается микротопографи-

6. Абдуллин И.Г., Гареев А.Г. Коррозионно-усталостная долговечность трубной стали в карбонат-бикарбонатной среде // ФХММ. 1993. Ms 5. С. 97-98.

химических соединений, обладающие свойствами твердой смазки. При многократном упругом и пластическом передеформировании эти слои разрушаются, а на их месте образуются новые. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к еще большим пластическим деформациям металла поверхностных слоев, а следовательно, и большему возрастанию температуры. При этом увеличивается толщина образующихся пленок. Чем больше толщина пленки химических соединений, тем меньше их усталостная долговечность; при многократном: передеформировании они быстрее разрушаются и происходит более интенсивный износ.

величины приложенного напряжения а частоты нагружения. Обычно такие условия наиболее часто возникают пои малоцикловой усталости, когда величины локально приложенных деформаций лежат в упругоплвсти-ческой области, частота нагрукения не превышает 50 циклов в ми-куту, а усталостная долговечность локит в пределах I04...I05 циклов. Установлено, что скорость деформирования лря малощшшвой усталости примерно ь 30 раз меньше, чем ери многоцикловой . При больших скоростях нагрунения трещины усталости растут так быстро, что среда не успевает проникать в cyci-мияродефекты в зоне предразрушения и

Усталостная долговечность битумов определялась на приборе, сконструированном в БашНИИНП , принцип работы которого такой же, как и у прибора Фрааса. Нанесенный на металлическую подложку испытуемый образец подвергался продольному изгибу с частотой 1,2 Гц и амплитудой деформации, равной 1x10 . Скорость деформирования при таких режимах испытания составляла 1x10 с , что соответствует реальным скоростям деформирования дорожных покрытий при проезде автомобиля .

ние 5 мин, пластинка подвергалась циклическому изгибу от электромеханического привода. Усталостная долговечность N определялась по числу циклов изгиба, равному времени изгиба в секундах, необходимому для образования трещины в образце, умноженному на частоту 1,2 Гц. Трещина в образце определялась визуально при подсветке от электролампочек, находящихся в термостатирущей камере.