Стартовая >> Архив >> Генерация >> Неразрушающий контроль металла теплоэнергетических установок

Дислокационная модель процесса ползучести - Неразрушающий контроль металла теплоэнергетических установок

Оглавление
Неразрушающий контроль металла теплоэнергетических установок
Изменения структуры и свойств металла паропроводов
Ползучесть металлов
Дислокационная модель процесса ползучести
Механизм разрушения при ползучести
Методы определения остаточной деформации труб паропроводов и коллекторов
Методы определения остаточной деформации труб паропроводов в рабочем состоянии
Ультразвуковой метод определения остаточной деформации
Методы измерения твердости котельных сталей
Сопоставление различных методов определения характеристик прочности сталей перлитного класса
Уточнение зависимостей для безобразцового определения характеристик прочности металла
Определение характеристик прочности сталей 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ и сварных соединений
Влияние химического состава и других факторов на структуру сталей
Исследование основных параметров ударной вязкости сталей
Связь ударной вязкости с характеристиками испытаний на растяжение
Ускоренные методы определения предела длительной прочности
О взаимосвязи длительной прочности и кратковременных механических свойств
О взаимосвязи предела длительной прочности с содержанием легирующих элементов в твердом растворе
Определение структурных составляющих стали
Оптимальная глубина зачистки труб, проведение карбидного анализа и измерений твердости

Процесс ползучести связан с действием большого числа различных физических механизмов, каждый из которых чувствителен к влиянию определенных условий. Создатели дислокационной модели ползучести исходят из того, что в металле уже в исходном состоянии имеются дислокации и источники их зарождения.
Дислокацию можно представить как дефект в периодичности кристаллической атомной решетки.
В поликристаллических материалах границы между зернами являются областями, где могут скапливаться дислокации, способные передвигаться под влиянием приложенного напряжения. Несовершенства кристаллической решетки возникают из-за наличия включений и дисперсных карбидных частиц, выделявшихся в процессе старения стали.
Каждая дислокация окружена областью местных искажений решетки, и атомы в этой области находятся под воздействием внутренних напряжений. Эти области напряжений накладываются одна на другую. Потенциальная энергия дислокации, являющаяся мерой энергии, требующейся для ее передвижения, является функцией ее положения в плоскости кристаллической решетки, в которой находится эта дислокация.
Динамические свойства дислокаций теоретически исследованы Френком, который показал, что дислокации могут проходить через решетку со скоростью звука в кристалле и что от границ кристалла дислокации могут отражаться, меняя знак на обратный, т. е. при наличии препятствий движению дислокаций, существующих в отдельных местах на плоскости скольжения, число дислокаций может увеличиваться при помощи динамической интерференции. Отсюда единичная дислокации может многократно пересечь кристалл, производя каждый раз единичный сдвиг; когда семейство дислокаций достигает поверхности зерна, происходит образование видимой линии скольжения.
Под действием напряжений дислокации приходят в движение; некоторые из них выходят на поверхность кристаллов, другие тормозятся препятствиями.
Степень развития скольжения дислокаций можно описать вектором (вектор Бюргерса), который обозначает направление и расстояние, на которое атомы сместились над плоскостью скольжения по отношению к атомам, находящимся под этой плоскостью. Этот вектор определяет природу дислокаций и является ее наиболее важной характеристикой. Единичная дислокация может дать малое количество линий скольжения. В реальных условиях в пластической деформации кристаллов должны участвовать перемещения многих дислокаций.
Плотность дислокаций р определяется соотношением

(2-8)
где S — общая длина всех линий дислокаций; A— площадь плоскости скольжения; L — толщина кристалла в направлении нормали к плоскости скольжения.
Следует отметить, что большинство дислокаций являются растянутыми, так что существуют дефекты упаковки, вакансии и дислоцированные атомы. Характер ползучести при наличии таких дефектов зависит от уровня приложенного напряжения и рабочей температуры.
Точечные нарушения кристаллической решетки, т. е. не заполненные атомами места в узлах решетки, называются вакансиями. Подвижность вакансий аналогична подвижности атомов внедрения. Вакансии, как и дислокации, могут влиять на механические свойства металла.
На стадии неустановившейся ползучести имеет место деформационное упрочнение, о чем свидетельствует уменьшение скорости ползучести.
При низких температурах ползучесть описывается функцией, близкой к логарифмической. Скорость ползучести в этом случае должна непрерывно уменьшаться. Стадия неустановившейся ползучести при высоких температурах определяется напряжением, температурой и структурой металла.
Стадию установившейся ползучести можно рассматривать как конечный этап неустановившейся ползучести, когда скорость упрочнения становится равной скорости разупрочнения. Установить границу между стадиями установившейся и неустановившейся ползучести трудно. Стадию установившейся ползучести нужно рассматривать как равновесное состояние, подготовленное процессами неустановившейся ползучести.
В соответствии с теорией установившейся ползучести скорость ползучести определяет процесс переползания дислокаций с одной плоскости скольжения на другую. Напряжение, необходимое для перемещения одной дислокации относительно другой, лежащей в параллельной плоскости, составляет:
(2-91
где G — модуль сдвига; b — вектор Бюргерса дислокаций (вклад каждого элемента в общую деформацию); п—число дислокаций; v — константа Грюнайзена.

Стадия ползучести, предшествующая разрушению, связана с образованием трещин и ростом пустот на границах зерен, При высоких температурах пустоты могут образовываться вследствие диффузии вакансий в зародыши пустот, образующихся либо на границах зерен, либо на участках, где произошел некоторый разрыв сплошности, например на стыке зерен или в местах выхода полос скольжения на границы зерен, или вблизи включений.
На основании теории зарождения пор радиус критического зародыша пустоты должен удовлетворять уравнению
(2-13)
где
Е — модуль упругости; С концентрация вакансий; С0 — равновесная концентрация вакансий; k — постоянная Больцмана. Согласно расчетам зародыши пор, способные к росту, должны иметь диаметр около 10-4 см. Для высокопрочных металлов А имеет значение порядка 3,4· 1011 см.
Значительное влияние на процесс пластической деформации оказывают появление и накопление точечные дефектов. Точечные дефекты могут образовываться при движении дислокаций. Границы зерен могут действовать как источники и ловушки вакансий, поэтому на скорость ползучести будет влиять размер зерен.
Одновременное действие высоких температур и приложенных напряжений может вызвать направленный диффузионный перенос атомов, который приводит к медленному удлинению испытываемого образца. Непрерывная деформация, осуществляемая направленным перемещением отдельных атомов, называется диффузионной ползучестью и изучена Я. И. Френкелем.
Скорость диффузионной ползучести ε составляет:
(2-14}
или
(2-1Б)
где d — линейный размер зерен; D — коэффициент само- диффузии; х — касательное напряжение; L/2 — средняя длина пути диффузии.
При изучении связи между скоростью ползучести в временем до разрушения исследователи пришли к выводу, что произведение εtρ имеет с точностью до 30% постоянное значение.



 
« Непрерывное измерение горючих в уносе при сжигании АШ в котле ТПП-210А   Новая система автоматического регулирования и оптимизации загрузки шаровых барабанных мельниц »
электрические сети