MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
7.1.1. Az anyagok tulajdonságai
A szerkezeti anyagok jellemzőit ismertető adatbázisokban, adatlapokon – az összetétel, szilárdsági jellemzők mellett – a változó igénybevételek, hőfeszültségek számításához szükséges adatokat (rugalmassági modulus, fajlagos hővezető képesség, lineáris hőtágulási együttható) is feltüntetik. A kazántechnikában előforduló különféle feladatokra alkalmas anyagok ismertetése előtt – esetenként a vizsgálati módszer vázlatos bemutatásával – összefoglaljuk az anyagok viselkedését a különféle igénybevételek hatására.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4812/#m713kaz_4812 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4812/#m713kaz_4812)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4812/#m713kaz_4812)
7.1. ábra. Szakítódiagram, maradó alakváltozás a folyáshatár elérése után
Folyáshatár, szakítószilárdság: Terhelés hatására a szerkezeti anyagok megnyúlnak, alakváltozásuk kezdetben rugalmas, a terhelés növelésével megfolynak (maradó alakváltozást szenvednek), és egy adott terhelés felett elszakadnak. A folyamatot szemléletesen a szakítódiagram mutatja (7.1. ábra (a)). A tervező számára a folyamatból:
-
a rugalmassági határ (az a terhelés, amely alatt az alakváltozás rugalmas, az anyag visszatér eredeti állapotába, a gyakorlatban a maradó alakváltozás nagyon kicsi, 0,005–0,010%),
bír gyakorlati jelentőséggel.
Fontos megjegyezni, hogy az egyezményes megállapodás alapján az anyagban ébredő feszültség kiszámítása az eredeti keresztmetszetre történik, annak ellenére, hogy az alakváltozás hatására az anyag keresztmetszete csökken, erre átszámítva a tényleges, szakadást okozó feszültség lényegesen nagyobb a szakítószilárdság értékénél. A táblázatokban a szakítóvizsgálatok során megfigyelt szakadási nyúlás () értékét – amely az anyag szívósságára jellemző – is megadják. A tulajdonságok függnek a gyártástól (a gyártás során végzett alakítástól) és a hőmérséklettől, növekvő lemez-, csőfalvastagsággal, alkalmazási hőmérséklettel általában romlanak.
A folyáshatár elérését követően tehermentesített anyag nem nyeri vissza eredeti méreteit, a változás az anyag tulajdonságaitól függően rugalmas-képlékeny (a feszültség a nyúlás növekedésével nő, 7.1. ábra (b)) vagy rugalmas-ideálisan képlékeny (a feszültség az alakváltozással már nem növekszik, 7.1. ábra (c)) alakváltozási modellel közelíthető. Az ábrákon a rugalmas, a képlékeny, a rugalmas-képlékeny alakváltozást (nyúlást) jelöli. Az maradó alakváltozás rugalmas-képlékeny és tökéletesen képlékeny anyagoknál is az képlékeny nyúlással egyenlő. Az anyagok sorozatos maradó deformálódásával járó alakváltozások halmozódhatnak (, 7.1. ábra (c)), ezek eredményeként repedések is megjelenhetnek.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4819/#m713kaz_4819 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4819/#m713kaz_4819)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4819/#m713kaz_4819)
7.2. ábra. Kúszás állandó hőmérséklet és terhelés esetén
Kúszás, a szövetszerkezet degradációja: A kúszás tartósan nagyobb hőmérsékleten, a folyáshatárnál kisebb feszültségen bekövetkező képlékeny alakváltozás. Kialakulását több, aktiválási energiától (Arrhenius-törvény) is függő, részfolyamat befolyásolja, amelyek lehetővé teszik a kristályrácsok deformációját a folyáshatárnál kisebb feszültségen is [7.1]. Az alakváltozás nagysága a szerkezeti anyagok összetételétől, gyártási módjától, hőkezelésétől, terhelésétől és az igénybevétel időtartamától is függ. A folyamat (7.2. ábra) több szakaszra osztható:
-
Az anyag terhelését követően (a szakítódiagramnak megfelelően) azonnal rugalmas, majd a diszlokációk átrendeződésével képlékeny alakváltozás következik be. A tartós igénybevétel hatására megkezdődik az anyag felkeményedése, amely fokozatosan csökkenő sebességű nyúlással jár. A folyamatnak ezt a szakaszát elsődleges vagy átmeneti kúszásnak nevezik.
-
Az ezt követő másodlagos vagy állandó kúszás tartományában az alakváltozás sebessége hosszabb időn át közel állandó, értéke az anyagban végbemenő szövetszerkezeti változásoktól (mikropórusok, pórusláncok kialakulásától) függ.
-
A harmadlagos szakaszban a szövetszerkezeti változások hatására a szemcsék mentén megjelenő mikrorepedések következtében a nyúlás sebessége nő, végül az anyag eltörik.
A minimális kúszási sebesség jól közelíthető az
hőmérséklettől függő kifejezéssel [7.1], ahol
|
kúszási sebesség [mm/h],
|
|
|
az adott anyagra jellemző állandó [mm/h],
|
|
|
az anyagban ébredő feszültség [N/mm2],
|
|
|
az adott anyagra jellemző állandó [N/mm2],
|
|
|
az anyagminőségtől, feszültségtől függő kitevő, értéke nagy feszültségek esetén 3–8 között, kis feszültségek esetén 1 körül van,
|
|
|
aktiválási energia [kJ/mol],
|
|
|
általános gázállandó [kJ/kmolK], számértéke 8,31 kJ/kmolK,
|
|
|
hőmérséklet [K].
|
Az aktiválási energia értéke egy adott anyagra a második (állandó kúszás) tartományban, a hőmérséklet kismértékű (10–20 °C-os) változtatásával mért kúszási sebességek alapján számítható [7.1]:
ahol
A kúszás elfogadható értéken tartása érdekében a tartósan nagy hőmérsékleten üzemelő anyagok szilárdsági számításánál szilárdsági jellemzőként a kúszáshatár (, 100 000 üzemóra után 1% nyúlást okozó feszültség), illetve a tartamszilárdság (kúszási szilárdság, a 100 000, illetve a 200 000 üzemóra után szakadást okozó feszültség) figyelembevétele szokásos. Mivel az ezek megbízható meghatározásához szükséges vizsgálatok hosszú időt vesznek igénybe, gyakran előfordul, hogy a rövidebb időtartamú (esetleg nagyobb hőmérsékleten elvégzett) vizsgálatok alapján adnak meg az előbbi időtartamokra vonatkozó kúszáshatár-, tartamszilárdság-értékeket. A különféle hőmérsékleteken, időtartamban elvégzett vizsgálatok közötti átszámítás korábban általánosan a Larson–Miller-paraméter
felhasználásával történt, ahol
Emellett a gyakorlatban más modellek alkalmazása is elterjedt, részletesebb elemzésük, összehasonlításuk az irodalomban (például [7.5], [7.6]) megtalálható. A rövidített időtartamú vizsgálatokból a (7.3) képlet felhasználásával kiszámított értékek általában nagyobb tartamszilárdságot adnak, mint a később befejeződő, hosszabb időtartamú vizsgálatokkal ténylegesen megállapított értékek [7.5], ezért új anyagféleségeknél gyakoriak a helyesbítések, emiatt ezek felhasználásánál óvatosan kell eljárni. Egy adott gyártmány tényleges jellemzői a szabványokban adatlapokon megadott tartamszilárdság-értékektől ±20 százalékkal eltérhetnek (a vizsgálati eredményeknek a ±20% tűrésmezőn belül kell esni).
7.1. táblázat [7.3]
|
Besorolási osztály
|
Szövetszerkezet állapota
|
|
0
|
Szállítási állapot, igénybevétel nélkül
|
|
1
|
Kúszás, mikropórusok nélkül
|
|
2a
|
Előrehaladott kúszás, esetenkénti mikropórusokkal
|
|
2b
|
Jól előrehaladott kúszás, számos (> 150 db/mm2) mikropórus, rendeződés nélkül
|
|
3a
|
Kúszási károsodás, számos, rendeződött mikropórus
|
|
3b
|
Előrehaladott kúszási károsodás, mikropórusláncok és/vagy szemcsehatárok (<1 szemcsehatár hossz) elválása
|
|
4
|
Előrehaladott kúszási károsodás, mikrorepedések
|
|
5
|
Erős kúszási károsodás, makrorepedések
|
Nagyobb terhelés, hőmérséklet gyorsabb alakváltozást és meghibásodást eredményez. A folyamat előrehaladását az alakváltozás (például a csövek átmérőjének) rendszeres időközönkénti mérésével, a bekövetkezett szövetszerkezeti változások szövetszerkezet lenyomatok (7.83. ábra) alapján történő vizsgálatával lehet nyomon követni. A változások megítélésére osztályozási rendszereket [7.2], [7.3] dolgoztak ki. Az európai gyakorlatban széleskörűen elterjedt VGB osztályozási rendszer (VGB-Richtlinie R 509 L), amely a leggyakrabban és jelenleg is alkalmazott – 13 CrMo 4 4, 10 CrMo 9 10, 14 MoV 6 3, X 20 CrMoV 12 1, X 8 CrNiNb 16 13 – csővezeték-anyagokkal szerzett gyakorlati tapasztalatok alapján került összeállításra, a 7.1. táblázatban látható minősítéseket alkalmazza. Hagyományos szerkezeti anyagoknál, nagyobb terhelések esetén, a másodlagos kúszási tartomány második felében várható a mikropórusok megjelenése, a tartomány vége felé már rendeződött mikropórusok, mikropórusláncok is megfigyelhetők (7.3. ábra).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4840/#m713kaz_4840 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4840/#m713kaz_4840)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4840/#m713kaz_4840)
7.3. ábra. A szövetszerkezet változása tartós terhelés hatására [7.2]
Relaxáció (ernyedés): Amennyiben a nagy hőmérsékleten történő tartós igénybevétel esetén a szerkezeti anyag hossza állandó (például szorítócsavaroknál), a megnyúlás hatására a szerkezeti elemben ébredő erő csökken (7.4. ábra). A folyamat azzal magyarázható, hogy a szövetszerkezeti változások hatására a kezdeti rugalmas (akár a folyáshatárnál kisebb feszültség hatására kialakuló) alakváltozás fokozatosan maradó alakváltozássá alakul. Utánfeszítés (az eredeti terhelés visszaállítása) esetén újabb megnyúlás, végül az anyag tönkremenetele következne be. Ennek megelőzésére a szorítócsavarok kezdeti terhelését csak akkora értékre szabad beállítani, hogy a tartós folyás eredményeként bekövetkező relaxáció esetén is kellő szorítóerő maradjon vissza.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4843/#m713kaz_4843 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4843/#m713kaz_4843)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4843/#m713kaz_4843)
7.4. ábra . Relaxáció a tartós folyás hatására
Ütőmunka, átmeneti hőmérséklet: Az anyagok viselkedése szempontjából fontos, hogy a szerkezeti elemek az igénybevétel hatására bekövetkező károsodás (alakváltozás) esetén se hibásodjanak meg azonnal. Ezt a gyakorlatban szívósságnak nevezett tulajdonságot a törési munka jellemzi. Értéke egyirányú húzás esetére a szakítóvizsgálat során felvett szakító- ( – ) görbe alatti területtel (a próbatestben ébredő feszültség fajlagos nyúlás menti integráljával) egyenlő. A valóságban általában többtengelyű feszültségállapot fordul elő, az igénybevétel jellege, az üzemi hőmérséklet változhat, így a tönkremenetelt eredményező törési munka lényegesen eltérhet az ideális körülmények mellett meghatározott értéktől. Erre is tekintettel, a bonyolult számítás helyett, a törési munka meghatározására egyszerű gyakorlati módszert, ütésvizsgálatot alkalmaznak. A vizsgálat eredménye egy megfelelően kialakított (a kazántechnikában a Charpy V [7.7]) bemetszéssel ellátott próbatest eltöréséhez felhasznált munka, az úgynevezett ütőmunka. A vizsgálat során az ütőmunka meghatározása mellett a töretfelület szemrevételezése is megtörténhet, megállapítva a szívósan (borostás töretkép) vagy ridegen (sima töretkép) eltört felületrészek arányát. Általában négyféle töretkép különböztethető meg [7.8]:
-
ridegen induló és teljesen ridegen terjedő repedés,
-
képlékenyen induló, de rideggé váltó repedés,
-
ridegen induló, de képlékennyé váló, esetleg megálló repedés,
-
teljesen képlékeny repedés.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4847/#m713kaz_4847 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4847/#m713kaz_4847)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4847/#m713kaz_4847)
7.5. ábra. Az ütőmunka változása a hőmérséklet függvényében
Az ütőmunka értéke a hőmérséklet csökkenésével csökken (7.5. ábra), egyúttal megváltozik a töret képe is, egy bizonyos, úgynevezett átmeneti hőmérsékletnél az anyag rideggé válik. Az átmeneti hőmérséklet meghatározása különféle szempontok alapján lehetséges. A kazántechnikában azt a hőmérséklet értéket tekintik átmeneti hőmérsékletnek, amelynél az ütőmunka az egyezményesen megállapított 27 J alá csökken. (Más felhasználási célokra például a 40, vagy 60 J ütőmunkát, vagy a töretfelület képlékeny arányának 40% alá csökkenését alkalmazzák az átmeneti hőmérséklet értékének megállapításához.)
Repedésterjedés, törésmechanika: A szerkezeti elemek gyártása során, a legnagyobb gondosság ellenére, visszamaradhatnak anyaghibák, mikrorepedések, mivel a gyártási folyamatokba beépített hibakereső anyagvizsgálatokkal a kisméretű hibák nem minden esetben határolhatók be. Repedések az üzemi igénybevételek hatására is megjelenhetnek. Méretük az igénybevételek hatására növekedhet. Ez az anyag tulajdonságaitól, a hiba méretétől, elhelyezkedésétől, az igénybevétel módjától, nagyságától függően bekövetkezhet nagy sebességgel, ridegtörés formájában vagy fokozatosan. Miután az anyaghibák, repedések nem kerülhetők el, felvetődik a kérdés: vajon a hibakereső készülék érzékelési tartományánál kisebb méretű esetleges hiba vagy egy adott méretű − esetleg üzem közben keletkezett − repedés megengedhető-e, számítani lehet-e és milyen sebességgel a repedés terjedésére. A repedések hatásával, a megengedhető repedésméretek megállapításával, illetve a kritikus helyzetek megelőzésével a törésmechanika foglalkozik. Egy végtelen méretű lemezben lévő, végtelenül lapos, hosszúságú repedés végén, egyoldali húzó igénybevétel hatására kialakuló feszültségek (7.6. ábra) a következő összefüggésekkel számíthatók [7.1], [7.9]:
-
A repedésre merőleges irányban:
-
A repedés hossztengelye irányában:
-
Nyírófeszültség:
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4857/#m713kaz_4857 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4857/#m713kaz_4857)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4857/#m713kaz_4857)
7.6. ábra. Lapos repedés a végtelen lemezben [7.1]
Az összefüggések felbonthatók egy igénybevételtől, repedésmérettől, illetve egy geometriai jellemzőktől függő tényezőre. Az előbbi
[N/mm3/2] értéket feszültségintenzitás-tényezőnek nevezik. Felhasználásával a repedés síkjában, hossztengelyére merőlegesen ébredő feszültség:
alakban írható fel. Számértéke a repedés végén a legnagyobb:
Nagysága lényegesen nagyobb lehet a folyáshatárnál, ebből adódóan az anyag a repedés széle mellett – miután a tényleges feszültség nem lépheti túl a folyáshatárt – képlékeny alakváltozást szenvedhet. Ez (az erőegyensúly teljesülésének követelménye miatt) a feszültségeloszlás átrendeződését eredményezi, melynek eredményeként a képlékeny zóna a (7.4) képlet szerinti elméleti feszültségeloszlás felhasználásával számítható értéknél szélesebb lesz [7.1].
Elméleti vizsgálatok és gyakorlati tapasztalatok alapján minden anyagra létezik egy hőmérséklettől (és az anyag előtörténetétől, például a gyártás során végzett alakítás, hőkezelés, üzemi igénybevétel, annak ideje), alakváltozási sebességtől függő, kritikus feszültségintenzitás-tényező [N/mm3/2] (a gyakorlatban szokásos a törési szívósság elnevezés is), amelynél egy adott méretű repedés már nem terjed tovább:
A kifejezést átrendezve az adott repedésméretnél megengedhető (annak négyzetgyökével fordítva arányos) terhelőfeszültség adódik:
értéke az ütőmunkához hasonlóan a hőmérséklettel csökken, így alacsonyabb hőmérsékleten ugyanarra a repedésre kisebb lesz a megengedhető feszültség értéke. Nagysága acéloknál 800–6000 között lehet [7.9], [7.19]. Az előzőekben az egytengelyű húzó igénybevételnél bekövetkező repedés hatását mutattuk be. A húzó igénybevétel mellett felléphet nyíró és hajlító (tépő) igénybevétel is (7.7. ábra).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4871/#m713kaz_4871 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4871/#m713kaz_4871)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4871/#m713kaz_4871)
7.7. ábra. Az erőhatás irányának hatása a törés módjára
A vizsgálatok és a gyakorlati tapasztalatok alapján az I. jellegű, húzó igénybevétel hatására bekövetkező repedéskinyílás a legvalószínűbb jelenség, mivel értéke kisebb a , illetve értékénél [7.10]. A jelenleg alkalmazott vizsgálati eljárásokkal a különféle (elsősorban I., illetve II. jellegű) igénybevételek együttes vizsgálata is lehetséges [7.9].
A megengedhető feszültség, illetve repedésméret a repedés alakjától is függ. Hatását alaktényezővel lehet figyelembe venni:
ahol
|
a repedés alakjától függő alaktényező (7.2. táblázat),
|
|
|
átlagfeszültség [N/mm2].
|
7.2. táblázat [7.14]
|
Repedés alakja
|
|
|
Végtelen széles lapban átmenő repedés
|
1
|
|
Hosszú, lapos repedés
|
0,8258
|
|
Belső kör alakú repedés
|
|
|
Belső elliptikus repedés
|
ahol
másodfajú elliptikus integrál
|
|
Felületi félelliptikus repedés
|
Az előzőekben bemutatott (7.4), (7.5), (7.6) összefüggések a repedések körül kialakuló feszültséget a Hooke-törvénynek megfelelően viselkedő, tökéletesen rugalmas anyag (7.10. ábra) síkbeli alakváltozásának feltételezésével adják meg (ebből származik a lineárisan rugalmas1 törésmechanika elnevezés is). A feltételezés a valóságban csak vastag szerkezeti elemekben előforduló repedésekre teljesülhet, ugyanis vékony lemezeknél a feszültségállapot ugyan síkbeli, de az alakváltozás nem. Síkbeli alakváltozás vastag lemezeknél is csak a magrészben fordul elő. Emiatt a értékének pontos meghatározására csak vastag mintákon elvégzett vizsgálattal van mód (7.8. ábra).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4882/#m713kaz_4882 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4882/#m713kaz_4882)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4882/#m713kaz_4882)
7.8. ábra. A próbatest vastagságának hatása a vizsgálat pontosságára
Nagy szívósság és kis repedésméret esetén a lineárisan rugalmas törésmechanika nem alkalmazható. Az ilyen anyagoknál a repedések végénél megfigyelt öblösödésből adódó repedéskinyílás, illetve a nagy mintaméretekből adódó nehézségek kezelésére fejlődött ki a rugalmasan képlékeny törésmechanika. Két jellemző számot alkalmaz:
-
J integrált: a repedés végének környezetében a repedés növekedése közben elnyelt fajlagos energiát
ahol
Meghatározása lehetséges véges elemes számítással (a repedés vége körüli körintegrállal), illetve különböző hosszúságú repedéseket tartalmazó, azonos mintatesteken mért törési munkából (mint arra utaltunk, a szakítógörbe alatti terület azonos a szakadás előidézéséhez bevezetendő törési munkával). Gyakorlati szempontból az állandó sebességű repedésterjedést előidéző [N/mm] értéke mértékadó. Mivel a gyakorlatban a törési szívósság használata terjedt el, a J integrált is visszavezetik a értékére. Az átszámítás lineárisan rugalmas anyagokra:
-
-
síkbeli feszültségállapot esetén a
-
-
-
síkbeli alakváltozás esetén a
-
-
CTOD (Crack Tip Opening Displacement) kritikus repedéskinyílást [7.1], amelyet a szabványos méretű próbatest viselkedésétől függően:
-
a stabil képlékeny repedésnövekedés megindulása,
-
a stabil képlékeny repedésnövekedést követő instabil hasadás bekövetkezéséhez tartozó repedéskinyílás,
-
a stabil képlékeny repedésnövekedést követő instabil repedésnövekedés bekövetkezéséhez tartozó repedéskinyílás vagy
-
az el nem törött próbatestek esetében a maximális terheléshez tartozó ideálisan képlékeny nyúlás
-
alapján határoznak meg. Meghatározása a vizsgálatok során megfigyelt rugalmas és képlékeny repedésterjedés összegzésével történik [7.11]. Számítása síkbeli feszültségállapotra, tökéletesen képlékeny anyagokra, a folyáshatárnál lényegesen kisebb feszültségek esetén Dugdale továbbfejlesztett összefüggése alapján
A szerkezeti anyagokra, azok hegesztési varrataira megengedett legnagyobb értékére (például acélszerkezetek készítéséhez felhasznált, 40 mm-nél nagyobb vastagágú elemekre: CTOD < 0,1–0,25 mm) az egyes szakmai előírások adhatnak előírást. Kazánokra ilyen általános előírás nem ismert, így a megrendelő által előírható értékek lehetnek mérvadóak. Gyakorlati szempontból: az anyagban az üzemidő során ébredő feszültségnek kellő (biztonsági) tartalékkal kell kisebbnek lenni a meghibásodást eredményező feszültségnél.
A J integrál és a kritikus repedéskinyílás között a
alakú összefüggést találtak [7.13], ahol a állandó értéke síkbeli feszültségállapotra = 1, más esetekben 1 és 2 között változik. Meg kell jegyezni, hogy a könyv összeállításának idején, a CTOD értékének meghatározására vonatkozó szabványok között még további harmonizációt tartottak szükségesnek [7.13].
-
Kezdetben a repedés még állandó igénybevételek esetén is gyorsan növekedhet, iránya a főfeszültség irányával közel 45 fokos szöget zár be. A repedés növekedésével a repedés peremén kialakuló feszültségmező hatására a repedés iránya a főfeszültség irányára merőlegessé válik. Amennyiben a továbbiakban a feszültségintenzitás-tényező változása alatt marad, a repedés nem terjed tovább.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4906/#m713kaz_4906 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4906/#m713kaz_4906)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4906/#m713kaz_4906)
7.9. ábra. Repedésterjedés a ciklikus igénybevétel hatására [7.9]
-
A értéket meghaladó feszültségintenzitás-tényező változást eredményező le- és felterhelések (ciklikus igénybevételek) hatására a repedés keresztben barázdálttá válhat, miután a terhelés megszűnését követően terjedése leáll, vége (az esetleges korrózió hatására is) öblösödhet, majd ismételt terhelés hatására tovább terjedhet. A terjedés sebessége a feszültségintenzitás-tényező változásától függ:
ahol
-
A méret növekedésével gyorsan bekövetkezik a képlékeny vagy rideg törés.
Az előbbiek alapján a repedések megengedhető méreténél nemcsak a (7.9) összefüggésből számítható értéket, hanem a ciklikus terhelésváltozások következtében várható repedésterjedést is figyelembe kell venni. Csak olyan méretű kezdeti repedések engedhetők meg, amelyek nagysága a várható terhelésváltozások hatására bekövetkező növekedést követően is alatta marad a megengedhető repedésméretnek.
Változó, váltakozó igénybevétel, kis ciklusú kifáradás: A szerkezeti anyagok a berendezések üzemeltetése során a hőmérséklet, nyomás változásából adódóan változó, váltakozó igénybevételnek vannak kitéve. Szövetszerkezeti változásokat nem okozó hőmérséklet-tartományban − elsősorban a berendezések indításából-leállításából, terhelésváltozásából adódó – periodikus igénybevételek hatására kis ciklusú kifáradás jelentkezik. A folyamat eredményeként a feszültséggyűjtő helyeken kialakuló képlékeny alakváltozás (húzó-nyomó igénybevétel) hatására repedések jöhetnek létre, amelyek a szerkezeti elemek meghibásodásához vezethetnek. Nagyobb hőmérsékleten a kis ciklusú kifáradás az esetleges kúszással, korrózióval, ezekből adódó szövetszerkezeti átalakulással együtt jelentkezhet.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4916/#m713kaz_4916 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4916/#m713kaz_4916)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4916/#m713kaz_4916)
7.10. ábra. A nyúlások és az ideálisan lineárisan rugalmas feszültség értelmezése
Mint a 7.1. ábrához (b) kapcsolódóan már bemutattuk, a képlékeny alakváltozásnak () kitett anyagok a leterhelést követően nem térnek vissza eredeti állapotukba, maradó nyúlás () jelentkezik. Ellenkező irányú, képlékeny alakváltozást is okozó igénybevétel hatására a maradó nyúlás csökken, majd maradó összenyomódássá változik (7.10. ábra). Amennyiben a folyamat állandó, (2) nyúlásamplitúdó mellett ciklikusan ismétlődik, az alakváltozás a 7.11. ábrán vázolt hiszterézisgörbe szerint alakul (például [7.36]).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4919/#m713kaz_4919 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4919/#m713kaz_4919)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4919/#m713kaz_4919)
7.11. ábra. Hiszterézisgörbe állandó nyúlások melletti fárasztásnál
A szerkezeti elemek meghibásodása a rugalmas és a képlékeny alakváltozások együttes hatására következik be. Míg az előbbiek hatása csak nagy ciklusszám esetén jelentkezik, addig képlékeny alakváltozások esetén kis ciklusszám esetén is bekövetkezhetnek meghibásodások. A kazánüzem szempontjából az utóbbi „kis ciklusú” (100 000-nél kevesebb ciklus alatt [2] bekövetkező) kifáradás jelenthet veszélyt. A meghibásodás nélkül elviselhető ciklusok számára különféle szerkezeti anyagokkal nagyszámú vizsgálatot végeztek. A könyv összeállításának idején még nem alakult ki egységes számítási eljárás, a különféle iskolák eltérő gyakorlatot követnek. Magyarországon korábban a stuttgarti MPA vizsgálatain [7.15] alapuló német TRD-előírások [8] alkalmazása volt szokásos. Ennek TRD 301 Anlage 1 munkalapja alapján, egy elvárt ciklusszám esetén, a megengedhető feszültségamplitúdó:
ciklusszámot követően várható meghibásodás. Az előbbi képletekben
kifejezések felhasználásával számíthatók. A számítási eljárás (7.2.2.3. fejezet) az anyagminőség hatását az igénybevételekből a szerkezeti elemekben kialakuló feszültségamplitúdó ((7.85) képlet) számításánál veszi figyelembe.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_4931/#m713kaz_4931 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_4931/#m713kaz_4931)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_4931/#m713kaz_4931)
7.12. ábra. Kifáradást okozó feszültségamplitúdó a ciklusszám függvényében [8]
Az előbbi kifejezések felhasználásával számított kifáradási görbéket a 7.12. ábra mutatja. A gyakorlatban az esetenként szükséges gyors számításokhoz a 3000 << 100 000 és 20 °C << 500 °C tartományban [7.16] a
összefüggés használható, ahol
A közelítés hibája –3,+1 százalék. A (7.15/a) összefüggésből, illetve a (7.16) képlet megfordításából kiadódó ciklusszámból a hideg indítások (más jellemző terhelésváltoztatások) megengedhető száma Sn = 5 biztonsági tényezővel történő osztással adódik.
összefüggést tartalmazza, ahol
ferrites anyagokra
ausztenites anyagokra
Egy adott ciklusszámhoz megengedhető feszültség nagysága a (7.17) képlet alapján kiszámított értékének S = 1,5 nagyságú biztonsági tényezővel történő osztásával, illetve helyébe az adott ciklusszám 10-szeresét helyettesítve elvégzett számításból adódik. A két (biztonsági tényezővel csökkentett, illetve az igényeltnél 10-szer nagyobb ciklusszámra meghatározott) feszültségamplitúdó-érték közül a kisebbet kell figyelembe venni.
Korrózió-ellenállás: A szerkezeti anyagok fontos jellemzője a víz-gőz, illetve füstgázoldali korrózióval szembeni ellenálló képesség. A víz-gőz oldali védőréteg képződését, vastagodását a 4.2. fejezetben, sérülését, ennek következményeit a 4.7. fejezetben, a füstgázoldali korróziós folyamatokat a 6.3.3. fejezetben ismertettük. Az újabb anyagféleségek jellemzőire az eddigi üzemi tapasztalatokkal összefüggésben térünk ki.
| 1 | Megjegyezzük, hogy vannak nem lineárisan rugalmas anyagok is, amelyeknél a értéke a terheléssel csökken. |
Tartalomjegyzék
- Kazánok
- Impresszum
- Előszó a második kiadáshoz
- Bevezetés
- 1. Kazánok általános jellemzői
- 2. Kazántípusok általános ismerte
- 3. Kétfázisú hőátadás, áramlás fűtött felületen
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 3.2. Forrás végtelen térben [3.1]
- 3.3. Hőátadás és gőzfejlesztés csőben
- 3.4. A kétfázisú közeg áramlásának alapjai
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 4. Vízoldali folyamatok, vízelőkészítés, gőztisztaság
- 5. Hőtechnikai számítások
- 6. Füstgázoldali folyamatok, légtechnikai számítások
- 7. Gőzkazánok elemeinek szilárdsági számítása
- 8. A gőzkazánok üzemeltetése
- Függelék
- 1. függelék
- 2. függelék
- 3. függelék
- 4. függelék
- 5. függelék
- Szerkezeti anyagok
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- b) Hagyományos lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- c) Növelt szilárdságú lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- d) Jellemző dobanyagok tartamszilárdsága [7.63]
- e) Kamrák lemezanyagainak tartamszilárdsága [7.63]
- f) Rozsdamentes lemezanyagok folyáshatára [7.65]
- g) Rozsdamentes lemezanyagok tartamszilárdsága [7.65]
- h) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok folyáshatára [7.70]
- i) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- j) Hagyományos csőanyagok folyáshatára [7.70]
- k) Hagyományos csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- l) Növelt szilárdságú csőanyagok folyáshatára [7.70]
- m) Növelt szilárdságú csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- n) Rozsdamentes csőanyagok folyáshatára [7.71]
- o) Rozsdamentes csőanyagok tartamszilárdsága [7.71]
- p) Korszerű anyagok folyáshatára [7.30], [7.74, 7.75, 7.76], [7.79, 7.80], [7.83]
- q) Korszerű anyagok tartamszilárdsága [7.25], [7.74, 7.75], [7.79, 7.80, 7.81, 7.82, 7.83]
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- Szerkezeti anyagok
- Irodalom
Kiadó: Akadémiai Kiadó
Online megjelenés éve: 2020
ISBN: 978 963 454 492 0
Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.
Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//
BibTeXEndNoteMendeleyZotero
gomb segítségével választhatsz, hogy fejezetről fejezetre lapozva vagy inkább folyamatosan görgetve olvasnád-e a könyvet.
