5. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ДЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛА В УСЛОВИЯХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛЗУЧЕСТИ И МАЛОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ
5. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ДЛИТЕЛЬНОЙ
ПРОЧНОСТИ МЕТАЛЛА В УСЛОВИЯХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ПОЛЗУЧЕСТИ И МАЛОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ
5.1. Процесс ползучести при эксплуатации энергетического оборудования может сопровождаться развитием малоцикловой усталости металла, связанной с нестационарностью (цикличностью) изменения эксплуатационных параметров нагружения. В этих условиях долговечность металла и его длительная прочность могут значительно отличаться от аналогичных характеристик для стационарного уровня нагружения.
5.2. Под малоцикловой усталостью понимается процесс,
развивающийся в результате действия переменных температурных и
механических напряжений, вызывающих циклическое упругопластическое
деформирование металла, накопление повреждений и разрушение в
2 5
области малого числа циклов нагружения (от 10 до 10 ). К
характерным циклическим режимам, определяющим развитие
малоцикловой усталости металла элементов энергооборудования,
относятся пуски и остановы, переходные режимы эксплуатации,
термические удары, циклические компенсационные и термические
колебания.
5.3. Для оценки изменения характеристик длительной прочности и долговечности испытания проводятся в режимах последовательного (комбинированного) нагружения при ползучести и малоцикловой усталости. Повреждаемость от ползучести и малоцикловой усталости рассчитывается по параметру суммарной относительной долговечности:
n ~ m ~
А = SUM N + SUM тау , (38)
с i=1 i i=1 i
где:
~
N = N / N - доля относительной долговечности при
i i рi
малоцикловой усталости в i-м режиме с числом циклов нагружения N
i
и числом циклов до разрушения N ;
рi
~
тау = тау / тау - доля относительной долговечности при
i i рi
ползучести в i-м режиме при времени нагружения тау и времени до
i
разрушения тау ;
рi
n и m - число режимов при малоцикловой усталости и ползучести
соответственно.
5.4. Оценка малоцикловой повреждаемости производится на основе кривых малоцикловой усталости, полученных в соответствии с требованиями ГОСТ 25.505-85 "Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний. Метод испытаний на малоцикловую усталость при термомеханическом нагружении", в условиях жесткого нагружения (с заданными не менее чем на трех уровнях значениями упруго-пластической деформации). Для оценки характеристик малоцикловой усталости допускается использовать зависимости циклической долговечности, определенные по механическим (жаропрочным) свойствам металла.
5.5. Оценка характеристик длительной прочности производится по упрощенному методу (раздел 3) с испытанием не менее шести образцов для каждого состояния материала. Выбранный уровень напряжений должен соответствовать области межзеренного разрушения. Для оценки доли повреждаемости от ползучести допускается использование среднемарочных зависимостей длительной прочности.
5.6. Испытания при последовательном нагружении проводятся с внесением фиксированной доли предварительного малоциклового повреждения на уровне 0,3 и 0,7 с последующим испытанием в условиях ползучести. После малоциклового испытания поверхность образцов должна подвергаться дополнительной обработке с целью удаления поверхностного поврежденного слоя металла.
Равноправной для оценки суммарной долговечности является методика предварительного внесения повреждаемости от ползучести в интервале 0,3 - 0,7 и определения остаточной долговечности в условиях малоциклового нагружения.
5.7. Обработка данных испытаний производится для каждой из заданных температур для получения зависимости параметра суммарной относительной долговечности в виде:
_ n m 2
А = 1 + альфа \/2 [1 - (SUM N / N - SUM t / t ) ], (39)
с с i=1 i рi i=1 i рi
где альфа - экспериментально определяемый коэффициент,
с
характеризующий степень отклонения полученных данных от прямой при
линейном суммировании повреждаемости и зависящий от уровня и
последовательности приложения стационарной и циклической компонент
нагружения. При этом
_
|альфа | < \/2 / 2. (40)
с
При альфа > 0 имеет место упрочнение материала при
с
взаимодействии ползучести и малоцикловой усталости, при альфа < 0
с
- разупрочнение по отношению к зависимости линейного суммирования
(альфа = 0).
с
5.8. Для определения значения альфа в каждом режиме
с
нагружения с заданными значениями температуры Т, напряжения
ползучести сигма, размаха упругопластической деформации в цикле и
доли циклического N или статического тау повреждения металла
испытывается не менее двух образцов. По полученным данным
рассчитываются значения параметра А в соответствии с формулой
с
_
(38), затем определяется среднее значение А и находится значение
с
коэффициента альфа по соотношению:
с
_ _
альфа = (А - 1) / \/2. (41)
с с
Минимальное из значений альфа , полученных по
с
экспериментальным данным, используется для дальнейшей оценки
характеристик длительной прочности в условиях ползучести и
малоцикловой усталости. При альфа >= 0 считается, что А = 1.
с с
5.9. Обработка данных испытаний для прогнозирования характеристик длительной прочности и остаточного ресурса в условиях малоциклового нагружения производится в соответствии с модифицированным параметрическим уравнением в виде:
m b k ~ с l ~
lg тау = а + 2 lg Т - - lg сигма + - + - N - - сигма + - сигма N, (42)
р Т Т Т Т Т
где коэффициенты а, m, b и с соответствуют аналогичным коэффициентам параметрического уравнения (3); коэффициенты k и l определяют изменения активационных параметров разрушения, связанные с изменением состояния материала при внесении доли малоциклового повреждения;
~ n ~
N = SUM N . (43)
i=1 i
5.10. Дальнейшая оценка характеристик длительной прочности и долговечности производится для заданных условий длительного статического и нестационарного нагружения по рабочим параметрам оборудования и предполагаемым циклическим режимам эксплуатации с выделением экстремально нагруженных конструктивных зон с учетом соответствующих коэффициентов концентрации напряжений.