Zjawisko awarii pełzania elementów złącznych

Na czym polega zjawisko pełzaniaelementy złączne?

1, Pełzanie to zjawisko awarii, w którym części metalowe ulegają deformacji pod wpływem długotrwałego naprężenia i wysokiej temperatury. Głównym mechanizmem pełzania jest odkształcenie spowodowane przesuwaniem się ziaren wzdłuż granic ziaren. Kiedy temperatura odkształcenia wzrasta do 0,35~0,7 Tm (Tm to temperatura topnienia), obszar cienkiej warstwy w pobliżu granicy ziaren ulega regeneracji i mięknięciu, tworząc przejście. Po odkształceniu następuje ponowne zniekształcenie, dlatego należy je przywrócić i ponownie zmiękczyć, aby utrzymać odkształcenie w tych obszarach, co nazywa się przesuwaniem granicy ziaren. Ze względu na temperaturę i czas potrzebny do regeneracji, przesuwanie się granic ziaren może nastąpić tylko w warunkach powyżej określonej temperatury.
Krzywa pełzania metalu przy rozciąganiu jest podzielona na trzy etapy:
W pierwszym etapie tempo pełzania stopniowo maleje z szybkiego, co jest związane z redystrybucją defektów kryształu.
W drugim etapie wskazuje to, że oba mechanizmy utwardzania i odzyskiwania są w równowadze, przy stałej szybkości pełzania. Ten etap stanowi znaczną część całego procesu pełzania.
W trzecim etapie objawia się to wzrostem szybkości pełzania, w którym to momencie utwardzanie odkształceniowe metalu nie jest już wystarczające, aby zapobiec odkształceniu, a zmniejszenie efektywnego przekroju poprzecznego sprzyja wzrostowi szybkości pełzania, co prowadzi do pęknięcia .
Nie wszystkie materiały wykazują powyższe trzy etapy krzywej pełzania. Zjawisko zniszczenia spowodowanego zmianą wielkości wstępnie naprężonych części podczas procesu pełzania nazywa się relaksacją termiczną. Śruby stosowane do mocowania kołnierzy zbiorników ciśnieniowych mogą wydłużyć się w wyniku pełzania pod wpływem długotrwałego działania temperatury i naprężeń, co powoduje zmniejszenie napięcia wstępnego i potencjalnie powoduje wyciek zbiornika ciśnieniowego.
2. Główną cechą i oceną pełzania jest to, że prędkość odkształcania jest bardzo mała. Można go analizować w oparciu o specyficzne warunki pracy części, aby określić, czy występują warunki pełzania (temperatura, naprężenie i czas). Bez odpowiedniej temperatury i wystarczającego czasu nie nastąpi pełzanie ani pękanie w wyniku pełzania. W końcowej strefie pęknięcia w wyniku pełzania grzbiet rozdzierania nie jest tak wyraźny jak w przypadku pęknięcia przy rozciąganiu w temperaturze pokojowej. W skaningowej mikroskopii elektronowej kształt ziarna w pobliżu pęknięcia pełzającego często nie wykazuje wydłużenia, natomiast przy dużym powiększeniu czasami można zobaczyć puste przestrzenie po pełzaniu.
3. Metody identyfikacji uszkodzeń związanych z pełzaniem to relaksacja termiczna i odkształcenie plastyczne, przy czym oba powodują odkształcenie szczątkowe na poziomie makroskopowym i można je łatwo pomylić. Pęknięcie plastyczne i pęknięcie trwałe (lub pęknięcie pełzające) można łatwo pomylić, ponieważ makroskopowo przed pęknięciem występuje deformacja i przewężenie w pobliżu powierzchni pęknięcia. Różnice można rozpatrywać pod następującymi względami.
1. Powszechnie znane są różnice w warunkach pracy. Odkształcenie plastyczne i pękanie plastyczne zachodzą pod wpływem naprężenia rozciągającego, podczas szybszego procesu i niższej temperatury. Relaksacja termiczna i trwałe pękanie to procesy niszczące, w których ważną rolę odgrywa temperatura i czas. Warunkiem koniecznym wystąpienia tego rodzaju awarii są wyższe temperatury robocze i dłuższe czasy serwisowania. Aby zrozumieć warunki pracy, oprócz zapoznania się z materiałami pisemnymi, należy bezpośrednio sprawdzić, czy na wraku nie występują ślady wysokiej temperatury, takie jak kolor utlenienia. Analizując warunki pracy należy zachować szczególną ostrożność. Przykładowo, naczynie ciśnieniowe o wysokiej temperaturze przez długi czas pracowało pod niskim ciśnieniem, a nagle ciśnienie wzrasta, powodując zwarcieśrubyzłamać. Tylko poprzez dokładne zrozumienie odpowiedniego ciśnienia, temperatury i czasu pracy w różnych warunkach pracy można określić, czy występuje awaria pełzania.
2. Różnica w morfologii pęknięć polega na tym, że plastyczne wgłębienia na powierzchni plastycznego pęknięcia są bardzo wyraźne, a obszary, w których gromadzą się mikropory, są stosunkowo ostre. W skaningowej mikroskopii elektronowej obszary te wyglądają jak jasne, białe linie. Na powierzchni pęknięć pełzających obszary, w których gromadzą się mikropory, są stosunkowo matowe, a pod skaningową mikroskopią elektronową nie ma w tych obszarach wyraźnych białych, jasnych linii. Na powierzchni pęknięć pełzających można zaobserwować kolor utlenienia, a czasem także pory pełzające.
3. Pełzanie mikrostruktury w pobliżu powierzchni pęknięcia to głównie pękanie międzykrystaliczne, natomiast pękanie plastyczne to głównie pękanie przezkrystaliczne. W próbkach, które uległy pełzaniu, można dostrzec pory pełzania. Ponadto stal węglowa przez długi czas pozostaje w wysokich temperaturach, a węgliki podlegają pewnemu stopniowi szlifowania kamieniem.
4, Środki poprawiające odporność na pełzanie
1. Z punktu widzenia projektowania kluczowy jest właściwy dobór materiałów i określenie wymiarów części w oparciu o charakterystykę produktu. W ostatnich latach opracowano wiele nowych materiałów, aby sprostać rosnącym wymaganiom dotyczącym temperatury i obciążenia produktu, ale dane dotyczące wydajności pełzania, które można dostarczyć projektantom, nie są wystarczające. W takim przypadku z jednej strony może dojść do przedwczesnej awarii ze względu na wysoki poziom naprężeń konstrukcji. Z drugiej strony możliwe jest również, że projekt jest zbyt konserwatywny, co powoduje niepotrzebne marnotrawstwo. Na przykład projektowany okres eksploatacji elektrowni cieplnej wynosi zazwyczaj 100 000 godzin. W Chinach wiele głównych rurociągów parowych o ciśnieniu 540 stopni i ciśnieniu 10 MPa w elektrowniach sukcesywnie osiągnęło swój projektowy okres użytkowania. Jednak według najnowszych szacunków dotyczących żywotności można z pewnością przedłużyć żywotność tych kotłów do 200 000 godzin.
Ogólnie rzecz biorąc, ten tryb awarii wymaga dużo czasu, co skutkuje małą szybkością reakcji. Skutecznym środkiem są dalsze badania i ustalenia na podstawie testów i akumulacji właściwości pełzania materiału.
2. W produkcji stosuje się rygorystyczne zarządzanie jakością, aby uniknąć składania wyrobów z części niespełniających specyfikacji technicznych, co jest szczególnie istotne w przypadku wyrobów o dłuższych cyklach awaryjności. Oczywiście konkretne środki należy opracować na podstawie analizy awarii podczas serwisu produktu.
3. Środki podejmowane podczas użytkowania: Przeciążenie jest częstą przyczyną uszkodzeń związanych z pełzaniem produktów. Dlatego ścisła kontrola warunków użytkowania w trakcie użytkowania jest niezwykle ważnym środkiem poprawiającym żywotność i niezawodność produktu. Wzmocnienie monitorowania stanu jakości eksploatowanych produktów i kluczowych komponentów jest skutecznym środkiem zapewniającym niezawodność produktów.