Актуальность исследования обусловлена необходимостью увеличения ресурса тепломеханического оборудования вследствие снижения потерь металла от коррозионных повреждений. Продление ресурса и диагностирование состояния конструкционных материалов энергетического оборудования обусловлено нарастанием степени его износа на действующих электростанциях. В связи с этим требуется тщательный анализ существующих механизмов образования и разрушения оксидных пленок, образования микротрещин, эволюции микротрещин с последующим развитием макротрещин и структурных факторов, влияющих на эти механизмы. Это будет способствовать подготовки к переходу на качественно более информативный масштабный уровень исследований – наноразмерный и даже атомный, без чего невозможно кардинально решать задачи сбережения материалов, используемых для изготовления элементов энергетического оборудования, эксплуатируемых в условиях высоких температур и давления среды. Цель: анализ состояния проблемы в направлении надежного выявления признаков предкоррозионного разрушения, а также установления механизмов последующей коррозии поверхностей нагрева парогенераторов и других теплообменных установок для получения объективных сведений о коррозионной стойкости и жаропрочности сталей для изделий энергетического машиностроения, а также с целью создания информационной базы для обоснования задач и методологии исследований в этом направлении. Результаты исследования состояния проблемы. Установлены определяющие механизмы коррозионного разрушения под действием эксплуатационных факторов. Углубление понимания закономерностей действия этих факторов требует получения результатов наблюдения не только в статичном стоянии объекта исследований, но и в динамике их изменения.
Актуальность исследования в области прочности и разрушения сварных узлов связана с необходимостью обеспечения высокой надежности и безопасности эксплуатации опасных производственных объектов. В настоящее время признана роль внутренних напряжений и их релаксации как самостоятельной причины разрушения. Конечной формой предельного состояния является появление трещин, однако признаки наступления предельного состояния узла или конструкции не сформулированы. Цель исследования: установление признаков предразрушения и разрушения зон сварного шва по условиям перераспределения внутренних напряжений при термической релаксации. Объект: сварные узлы пароперегревателя, выполненные из разнородных сталей. Методы: физическое моделирование условий эксплуатации путем термоциклирования образцов в электропечи МИМП-10УЭ, рентгенометрия образцов, оценка внутренних структурных напряжений на рентгеновских дифрактометрах типа ДРОН, морфологический анализ с применением металлографического анализатора «Ресурс С7», включающего инвертированный микроскоп Olympus GF41 с программным обеспечением SIAMS Photolab, морфология трещин с помощью микроанализатора типа PEN SCKOPE, анализ микротвердости при использовании микротвердомера ПМТ-3. Результаты. На основании гипотезы о корреляции трещинообразования с процессами релаксации внутренних напряжений показано, что появление и рост трещины и релаксация напряжений являются взаимосвязанными процессами. В результате термо-флуктуационных релаксаций обнаружены одни и те же качественные закономерности для однофазной и двухфазной системы фаз, приводящие к разрушению. Для образца с начальной трещиной в условиях отсутствия внешних нагрузок и деформаций протекающие в образце процессы естественного старения контролируются только внутренними напряжениями, которые приводят в действие все механизмы разрушения, в том числе и фазовый распад. По условиям термофлуктуационной релаксации внутренних напряжений устанавливается температурная граница области напряженных состояний, определяющая надежную эксплуатационную температуру.
Актуальность исследования обусловлена отсутствием экспериментальных данных, устанавливающих связь между субмикроскопическими свойствами (свойствами III рода) и макроскопическими свойствами I рода. Такая взаимосвязанность, являющаяся фактором влиянияна отношение «микроструктура–прочность», может способствовать дальнейшим успехам в решении вопросов ресурса. Цель исследования заключается в установлении влияния циклических термических нагрузок на среднеквадратичные смещения атомов как показатель прочности межатомных связей и микроповрежденности металла пароперегревательных труб. Объектом исследования являются образцы из околошовных зон однородного сварного шва, выполненного из жаропрочной перлитной стали 12Х1МФ. Методы: физическое моделирование условий эксплуатации путем воздействия на образцы циклами термической нагрузки в электропечи МИМП-10УЭ, рентгенометрия образцов, оценка внутренних структурных напряжений на рентгеновских дифрактометрах ДРОН, морфология поверхности с помощью портативного электронного микроскопа типа PENSCKOPE. Результаты.Установлено влияние циклических термических нагрузок на среднеквадратичные смещения атомов. Показано, что в результате термического влияния прочность межатомных связей увеличивается. Проиллюстрирована корреляция между субмикро- и макроскопическими характеристиками прочности, и показано, что амплитуда тепловых колебаний атомов, являясь характеристикой прочности межатомных связей, может быть диагностическим признаком накопления и развития повреждаемости металла. Уменьшение амплитуды среднеквадратичных смещений атомов при термоциклировании объяснено на основе гипотезы о возникновении твердых растворов замещения в результате процесса азотирования поверхности молекулярным азотом атмосферного воздуха. В рамках этой гипотезы показано, что одним из механизмов осцилляции внутренних напряжений I рода при термоциклировании может быть процесс азотирования поверхности, приводящий к организации в многокомпонентных легированных сталях сложных связей «металл–неметалл», направленных на поддержание устойчивости системы твердых растворов.
*Аннотация. Методом высокотемпературной рентгенографии в процессе термоциклических испытаний в вакууме установлены λ-аномальные эффекты термических деформаций кристаллических решеток котельных сталей 10, 08Х18Н10Т, 12Х1МФ, Ди-59 (10Х13Г12БС2Н2Ц2) в узком диапазоне температур, необъясняемые известными фазовыми переходами I и II рода, связываемые на основе анализа относительных интегральных интенсивностей дифракционных линий с зернограничными превращениями и изменением ориентировок зерен, влияющими на физические, механические характеристики и ресурс работоспособности теплопередающих поверхностей. ANOMALOUS EFFECTS OF THERMAL DEFORMATION OF CRYSTALLINE LATTICE OF BOILER STEEL AS A CRITERION FOR EVALUATING THE PERFORMANCE AND THE INCREASE OF SERVICE LIFEAbstract. By high-temperature X-ray diffraction during thermal cycling tests in vacuum λ-abnormal effects of thermal deformation of crystalline lattice boiler steel 10, 08H18N10T, 12H1MF, D-59 (10H13G12BS2N2TS2) in a narrow temperature range are set. They are not explained by the known phase transitions I and II, and are associated according to the analysis of the relative integrated intensities of the diffraction lines with the grainboundary transformations and changes of the orientations of grains, having an infl uence on physical, mechanical characteristics and the effi ciency resource of the heat transfer surfaces.Keywords: crystal lattice, thermal expansion of the crystal lattices, abnormal deformation of the unit cells, phase transitions type I and II, solid solutions, the structural grain, grain boundaries, texture, creep, resource. E-MAIL: lll@tpu.ruАномальные расширения кристаллических реше-ток сталей и сплавов [1 -6] особенно проявляются при малоцикловом температурном нагружении. Важность обнаруженного явления для эксплуатационных свойств конструкционных материалов теплоэнергетического оборудования очевидна и состоит в том, что в опреде-ленном, узком интервале температур (как правило, слу-жебных или близких к ним) скачкообразно изменяется коэффициент линейного расширения кристаллических решеток, который, как и модуль упругости, определяет сопротивление атомов смещению, но уже под дейст-вием температур. Значит, чем выше модуль упругости, тем больше температура плавления, тем меньше коэф-фициент теплового расширения. При этом, находясь в твердом состоянии, у вещества изменяются не только модуль упругости, но и плотность, микротвердость (например, у стронция -в 15 раз [7]), теплоемкость, плас тичность. Увеличивается газопроницаемость (на-пример, растворимость азота в железе увеличивается в 14 раз, растет коэффициент диффузии водорода [7]), что имеет существенное значение, в том числе и для конструкционных материалов ядерных реакторов, склонных к разрушению за счет наводороживания.Изучение аномалий термического расширения крис-таллических решеток в конструкционных материа-лах, сопровождающихся значительным изменением свойств, позволит выделить причины, механизмы и за-кономерности их изменения. Это позволит углубить по-нимание технологических процессов отжига, ...
Актуальность исследования связана с повышением надежности сварных соединений паросиловых установок и тем самым с рациональным использованием материалов изделий за счет совершенствования и развития методов изучения их ресурсных физических характеристик. Цель: тестирование новых наномасштабных структурных характеристик III рода для оценок состояния поверхности. Объект: образцы жаропрочной стали трубных поверхностей нагрева паровых котлов. Методы: физическое моделирование условий эксплуатации путем термоциклирования в электропечи МИМП-10УЭ, холодного циклического деформирования с применением гидравлического пресса, рентгенометрия образцов с оценкой среднеквадратичных отклонений атомов и внутренних структурных напряжений на рентгеновских дифрактометрах типа ДРОН, анализ морфологии поверхности с помощью портативного электронного микроскопа типа PENSCKOPE с увеличением ´20. Результаты. Проведены экспериментальные исследования, связанные с количественной оценкой колебательной амплитуды атомов и ее эволюцией при циклических термических и механических нагрузках. В результате исследований предложен новый диагностический параметр в виде колебательной амплитуды атомов , отражающий фундаментальную природу сил межатомных связей. Продемонстрирована корреляция между среднеквадратичными отклонениями атомов (микромасштабный уровень свойств), представляющими микроструктурные характеристики III рода, с макромеханическими характеристиками и (макромасштабный уровень свойств). Так как условный предел текучести и временное сопротивление разрушению связаны с прочностью и разрушением, то и среднеквадратичные отклонения атомов могут быть использованы в качестве индикатора поврежденности и признака достижения предельных состояний. Параметр может служить также характеристикой текущего индивидуального физического состояния металла. Предложена новая методология оценки текущего и наступления предельных состояний. Показано, что восстановление структуры контролируется на атомном микромасштабном уровне по колебательной амплитуде и напряжениям I рода.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.