Введение к работе
Актуальность работы. Современные' тенденции развития энергетического оборудования характеризуются интенсивным ростом рабочих параметров при одновременном повышении к нему требований обеспечения надезхнссти. Поскольку в процессе изготовления, монтажа л эксплуатации этого оборудования невозможно исключить пластические деформации (вальцовка, гибка, сварка, аварийная перегрузка) конструкционного материала, а также наличие в этом материале конструктивных концентраторов напряжений и трещиноподобных дефектов, большое значение в решении задачи повышения надежности энергетического оборудования приобретает разработка и совершенствование методов прогнозирования его надежности с позиций механики разрушений.
Уровень разработки вопроса о влиянии предварительной пластической циклической деформации на трещіїностойкость конструкционных материалов, в том числе используемых в энергомашиностроении (в частности, І5Х2МФА и І5Х2МФАА), в настоящее время недостаточен для прогнозирования надежности оборудования из этого материала с позиций механики разрушения: имеются лишь разрозненные исследования, полностью отсутствуют работы по влиянию предварительной циклической деформация на пряпороговую скорость усталостной трещины, а тапяе на характеристики вязкости разрушения при переходе от стабильного к нестабильному развитию трещины; практически но изучено влияние предварительного' пластического дсфорлировагаш на трещикостойкость конструкционных материалов, охрупченпкх в результате радиационного и теплового воздействий.
В света указанного выше, исследования влияния предварительного циклического пластического деформирования на трещиностой-кость теплоустойчивых . сталей в исходной и ozpynicimor.i состояниях являются весьма актуальными как с практической, тек л с научной точеіс зрения.
Целью настоялей работы является пс:.злексг.оо псслодопаияо влияния предварительного циклического пластического дс^ормирогэ-іюя на трєзцшостолкость сталої! 151Z''i-.\ {в неходком - плостлчнем я охрупчеипом состояняях) п І522ИА&, отллчзг/пойсл от первой бо-лео яопткпмп ограничениям по примесям. Кроме того, цольэ являлось объяснение этого влияния и разработка раечетко-зкепордатог-тального подхода к прогнозированию влияния предварительного циклического пластического деформирования на сопротивление- х^'п:?'-'/
2 разрушению.
Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:
разработка методики экспериментального исследования характеристик прочности при статическом и циклическом нагружениях, а также трещиностойкости с учетом предварительного циклического пластического деформирования и температуры испытаний;
исследование изменения механических свойств после циклического пластического деформирования, закономерностей неупругого циклического деформирования и накопления усталостных повреждений в материале; оценка характера и величины рассеянной энергии неупругого деформирования для исследуемых материалов;
исследование и объяснение влияния предварительного циклического пластического деформирования на характеристики сопротивления распространению усталостной трещины и вязкости разрушения при статическом и циклическом нагружениях;
разработка раочетно-эксперименталъного подхода к прогнозированию влияния плаотического циклического деформирования на сопротивление хрупкому разрушению.
Научная новизна. Впервые оценено влияние предварительного пластического циклического деформирования на механические свойства и трещиностойкость стали I5X2MSA.B исходном - пластичном (I) я охрупченном (П) состояниях, а также стали І5Х2МФАА. Установленное влияние может быть объяснено интегральным воздействием деформационного упрочнения, остаточных напряжений и отруктур-ных изменений в материале.
Установлено, что для циклически разупрочняющихся сталей в условиях симметричного жесткого малоциклового нагружония суммарная энергия неупругого деформирования, с учетом изменения ее неопасной части, не зависит от числа циклов до зарождения трещины. Ранее данный критерий был обоснован только для области многоцикловой усталости.
На основе методики, защищенной авторским свидетельством (1562749 СССР, 601 & 3/32), установлена идентичность диаграмм усталостного разрушения в координатах "скорость роста усталост- ' ней трещины (РУТ) - эффективный размах коэффициента интенсивности напряжений (КШІ)" для исходной к предварительно деформированной стали 15Х2ША(1) и (И); эти диаграммы позволили оценить изменение наиряженно-деформированногс ссстокния в вершине трещины
стали, из-за предварительной деформации.
Разработан расчетно-экспериментадьннй подход к прогнозированию влияния предварительной циклической пластической деформации на сопротивление хрупкому разрушению при статическом и цпк-лическом нагружениях сталей, основанный на критерия локального хрупкого разрушения и учитывающий закономерности неупругого циклического деформирования (рзссеяние энергии неупругого циклического деформирования).
Практическая ценность результатов. Определены характеристики механических свойотв, неупругого циклического деформирования и трещиностойкости стали І5Х2М5А. в исходном (I) и охрупчекком (П) состояниях с учетом предварительного циклического деформирования. " Получешше результата могут быть рекомендованы для использования в нормативных документах, регламентирующих методы расчетов на прочность и циклическую долговечность элементов конструкций энергомашиностроения.
Предложен расчетный метод прогнозирования изменения сопротивления хрупкому разрушении после предварительного циклического деформирования охрупчешюй стали І5Х2МФА (П), удовлетворительно соответствующий экспериментальным данным.
Представлонпая работа выполнялась в рамках темы ШІ КТП 3.1.2.4 по проблеме "Усовершенствование оборудования реакторных установок ВВЭР. Разработка системі диагностики металла оборудования реакторных установок ВВЭР на 1986...2000 г.г.", темы ГКНТ СССР "Обосновать критерии предельного состоязшя материалов корпусов атомных реакторов при наличии трещин с учзтсм реальных условий их эксплуатации", темы НИР по заданию Президиума АН Украины "Исследование закономерностей хрупкого разрушения при циклическом нагружеппи сталей л титановых сплавов с учетом сваргси я эксплуатационных факторов" (Я Госреглстращш 0Ї8500І5651).
Получешше результаты внадреші в промыпделкость о годопни " экономическим эфЬектон 150тис.руб., что подтворггдэко соответст-вуюцпмя документами.
Апробзипя работ;.'. Результаті! работа докладывались на Всесоюзно.! научно-технической itoiiJepsHisin "Совершенствование тп.тш:-чоско": эксплуатации корпусов судов" {г.Ленинград, 198Э), X7I я Х7П научно-технической конференции СТ-ГУиС (г.Харьков, ІССЗ, L\Z^}, тематическом семинаре Института проблем прочности All '/к?-*':-?; (г.Киева, ISSI, IS22).
Структура и объем работы. Дисоертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 204 страницах, содержит 10 таблиц, 76 иллюстраций, 136 наименований литературы.