Введение
Глава 1 Представление о предельном состояние металлов, природе, проявлениях при отказах изделий в технологиях обработки и эксплуатации (состояние вопроса и предварительный анализ) 11
1.1 Определение понятий «предельное состояние», «отказ», виды и характеристики отказов и факторы, влияющие на отказы (разрушения) 11
1.2. Роль напряженного и деформированного состояния в наступлении предельного состояния металлов 18
1.2.1 Характеристики предельного состояния упругости, прочности, пластичности и энергоёмкости металлов, определяемые по диаграмме «напряжение - деформация» при одноосном растяжении 26
1.2.2. Влияние геометрии деталей, вида нагрузки (изгиб, растяжение, кручение, сжатие) и сложного напряженного состояния (трёх, двух, одноосное растяжение — сжатие) на предельные характеристики при разрушении . 28
1.2.3 Комплексные критерии для оценки предельного состояния и работоспособности металлов (твёрдость, энергоемкость, критерии механики разрушения, новые критерии разрушения синергетики) 32
1.3. Роль дефектности разного масштаба и общей повреждаемости структуры в наступлении предельного состояния и отказах материала 42
1.4. Роль релаксации внутренних напряжений в наступлении предельного состояния і 45
1.5. Экспериментально - корреляционные формулы связи! критериев работоспособности металлов (на примере предела усталости) с предельными механическими характеристиками металлов и модели разрушения 55
1.6 Уравнения, предложенные для описания закономерностей изменения предельных механических характеристик металлов с разной температурой, скоростью нагружения, напряженным состоянием металлов с различной дефектностью (повреждённостью) от четырех основных факторов 58
1.7. Анализ структурно-энергетического состояния, различных классов сталей, используемых в промышленности. 62
1.7.1. Коррозионно-стойкие ферритно-аустенитные стали (КФАС) (для промышленности) ; 62
1.7.2. Трубные стали типа 17Г1С, Х70 (для магистральных Трубопроводов); 65
1.7.3. Аустенитные стали (типа 12X18Н1 ОТ) 67
1.8. Фрактография изломов и механизмы вязкого разрушения 70
1.9. Алгоритм комплексного анализа предельных характеристик в
момент разрушения деталей 74
Выводы по главе 1 76
Цель, задачи и программа работы 80,
Глава 2 Методика выполнения исследований 83-
2.1 Выбор материалов исследования : 83
2.2 Проведение микроструктурного анализа 84
2:3. Механические испытания:..". 85
2.3.1 Определение механических свойств металлов при.растяжении ..:85 „
2.3.2 Определение, механических свойств металлов сі помощью кручения 87
2.3.3 Определение механических свойств металлов с помощью осадки при разных температурах испытаний стали 12X18Н10Т 87
2.3.4 Измерение твердости 89
2.3.5 Измерение микротвёрдости
2.4. Определениеплотностиметаллов 91
2.5. Испытания на релаксацию напряжений 92
2.6 Методика испытания сталей и сплавов на коррозионное
растрескивание под напряжением (КРН) по схеме трехточечного изгиба 94
2.7 Проведение рентгеноструктурного анализа 97
2.8 Проведение акустических испытаний 98
2.8. Г Технические данные системы «АСТРОН - И» 99
2.8.2 Аппаратно - программные средства 99
2.8.3 Методика акустических измерений: 101
2.9. Испытания-на.ударную вязкость 106
2.10 Проведение макро- и фрактографического исследований 107
2.11- Методика расчёта предельной удельной энергии (WC)H критериев разрушения синергетики . 108
2.12 Оценка точности эксперимента Г10 Выводы по главе 2. 112
Глава 3 Результаты исследований 114
3.1 Значениями диапазоны изменения предельной удельной энергии (Wc), критериев зарождения и распространения трещин- коррозионно стойких ферритно-аустенитных сталей (КФАС) 114
3.1.1 Структура КФАС 114і
3.1.2 Механические свойства КФАС 115
3.1.3 Энергоемкость КФАС и диаграмма структурно-энергетического s состояния (СЭС) 116 3.1.4 Критерии разрушения КФАС 119
3.2 Значения и диапазоны измененияпредельной удельной энергии, критериев зарождения и распространения трещин в зависимости от степени деформации, температуры, твёрдости, прочности, предельной! деформации, трубных сталей 17Г1С, 17Г1С-У, 14Г2САФ, 17Г2СФ, Х60 (Франция), Х70 (Италия, Япония) 121
3.2.1 Структура трубных сталей 17Г1 С, 17Г1С-У, 14Г2САФ; 17Г2СФ Х60,Х70 121
3.2.2 Механические свойства трубных сталей 17Г1С, 17Г1С-У, 14Г2САФ, 17Г2СФ;Х60,Х70 122
3.2.3 Энергоемкость и диаграмма структурно-энергетического состояния.трубных сталей 17Г1С, 17Г1С-У, 14Г2САФ, 17Г2СФ,Х60, Х70 в координатах «энергоемкость - относительная твердость» 128 3.2.4 Критерии разрушения трубных сталей 17Г1С, 17Г1С-У,
14Г2САФ, 17Г2СФ,Х60,Х70 132
3.3. Структура, механические свойства, диаграммы упрочнения,
энергоемкость, критерии разрушения, физические свойства
стали 12X18Н1 ОТ 135
3.3.1. Структура стали 12X18Н1 ОТ 135
3.3.2 Механические свойства и диаграммы упрочнения при растяжении и осадке стали 12X18Н1 ОТ 139
3.3.3 Измерение твёрдости и микротвердости стали 12Х18Н10Т 143
3.3.4 Предельная удельная энергия стали 12Х18Н10Т после различной термической обработки 145
3.3.5 Критерии разрушения стали 12Х18Н10Т і 145
3.3.6 Фрактографический анализ стали 12Х18Н10Т 146
3.3.7 Рентгеноструктурный анализ стали 12Х18Ш0Т 146
3.3.8 Акустические испытания стали 12Х18Н10Т 146
3.3.9 Результаты испытания на релаксацию напряжений стали 12Х18Н10Т (время и глубина релаксации) 147
3.4 Структура, механические свойства, диаграммы упрочнения, энергоемкость, критерии разрушения, физические свойства стали 10Г2ФБ 150
3.4.1. Структура стали 10Г2ФБ 150
3.4.2 Механические свойства и диаграммы упрочнения при растяжении стали 10Г2ФБ 152
3.4.3 Энергоемкость и критерии разрушения стали 10Г2ФБ 155
3.4.4. Вязкость разрушения и фрактография изломов 156
3.5 Структура, механические свойства, диаграммы упрочнения,
энергоемкость, критерии разрушения, физические свойства стали 09Г2С..160
3.5.1. Структура стали 09Г2С 160
3.5.2. Вязкость разрушения и фрактография изломов 163
3.6 Результаты испытания стали Ст. 3 на кручение и растяжение 171
3.7 Определение плотности стали 12Х18Н10Т 172
3.8 Результаты испытания на зарождение трещины модельных материалов Mi - М4 173
3.9 Расчёты критериев разрушении синергетики при микро-, макро- и предельной энергоёмкости трубных сталей (5 сталей) 174
ЗЛО Напряженное состояние тела, создаваемое твёрдостью и механическим нагружением 177
Выводы по главе 3 178
Глава 4. Обобщение представлений о поведении предельных характеристик металлов и разработка программы для прогнозирования работоспособности металлических изделий 186
4.1. Энергетический анализ предельного состояния металла при растяжении, отличающегося дефектностью, релаксационной способностью и структурным состоянием (твёрдостью) v 186 - \
4.2 Развитие методики испытание на растяжения для оценки механических свойств, предельных состояний, предельных характеристик, параметров вязкого и хрупкого разрушения и критериев разрушения синергетики для оценки работоспособности деталей машин на примере сталей в различных структурных состояниях : 187
4.3. Разработка программа для ПК «Автоматизированная система анализа поведения критериев работоспособности различных сталей» на основе системного подхода 189
4.3.1. Начало работы 189
4.3.2. Просмотр металлов 189
4.3.3. Поиск 191
4.3.4. Редактирование базы металлов 191
4.3.5. Графики зависимостей разных предельных характеристик металлов от соотношения скоростей релаксации и нагрузки (деформации) 192
4.3.6 Графики комплексов разрушения синергетики 193
4.3.7. Настройка параметров 193
4.3.7.1. Группа графиков №1... г 194
4.3.7.2. Группа графиков №2 195
4.3.8. Окно базы 196
4.4.9 Алгоритм практического использования разработанной программы для выполнения работ по анализу поведения предельных характеристик и критериев работоспособности различных сталей 196
4.4.10 Пример №1. Выбор марки стали и определение характера поведения ее предельных характеристик в зависимости от исследованных факторов 196
Выводы по главе 4 Г 198
Глава 5 Практическое применение разработанной программы для прогнозирования предельных характеристик и работоспособности металлических изделий 199
5.1 Расчет критериев разрушения трубы их стали Х70 после 20лет эксплуатации (пример 1) 199
5.2 Зависимости предельных характеристик от соотношения скоростей релаксации и нагружения при одноосном напряженном состоянии сталей 12Х21Н5Т, 20Х23Н13 и 08Х22Н6Т (входящие в КФАС) (пример 2) 200
5.3 Сравнение характера поведения предельных характеристик (чувствительности) трубных сталей марок 17Г1С, 14Г2САФ, Х70, Х60, для газо -и нефтепроводов, подверженных коррозионному растрескиванию под напряжением (пример 3) 202
5.4. Сталь 12X18Н10Т в различных состояниях (пример 4) 203
5.5 Анализ конструкции и деформации стакана колонны синтеза пентакарбонила железа после эксплуатации 206
5.5.1 Внешний (наружный) анализ конструкции 208
5.5.2 Возможность замены стали 12X18Н1 ОТ 1
5.5.2.1 Углеродистые стали 208
5.5.2.2 Явление износа внутренней поверхности стакана 208
5.5.3 Расчет устойчивости цилиндрического стакана 208
5.5.4 Определение твердости материала из различных частей (верх, середина, низ) деформированной колонны 210
5.5.5 Определение плотности стали материала деформированного стакана 211
5.5.6 Определение механических свойств стали при растяжении и изгибе 212
5.5.7 Определение структурных изменений 213
5.5.8 Анализ строения изломов образцов 213
5.5.9 Обсуждение результатов 214
5.5.10 Учёт влияния коррозии и износа на изменения работоспособности стенки 214
5.5.11. Выбор взаимозаменяемой марки стали для изготовления стакана колонны синтеза пентакарбонила железа для ОАО «Синтез» 217
5.5.11.1. Предложение по мониторингу поведения образцов различных сталей в реальных условиях эксплуатации колонны синтеза пентакарбонила железа 217
Выводы по главе 5 222
Общие выводы по работе 223
Литература
