Modelowanie i analiza procesu pękania w stalach ferrytycznych (Modelling and analysis of fracture process in ferritic steels)

Dzioba, Ihor (2012) Modelowanie i analiza procesu pękania w stalach ferrytycznych (Modelling and analysis of fracture process in ferritic steels). Monografie, Studia, Rozprawy (M25). Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce.

Preview

Tekst Dzioba_M25.pdf Download (66MB) | Preview

Streszczenie

W pracy analizowano wytrzymałość elementów konstrukcyjnych zawierających defekty typu szczelin. Na podstawie przeprowadzonych badań ustalono wpływ wymiarów geometrycznych na odporność na pękanie. Opracowano modele uwzględniające wpływ wymiarów elementu na odporność na pękanie oraz przeprowadzono wszechstronną eksperymentalną weryfikację zaproponowanych modeli. Przeanalizowano inżynierskie metody oceny wytrzymałości elementów konstrukcyjnych. Szczególną uwagę zwrócono na zastosowanie procedury FITNET. W pracy skoncentrowano się na wyznaczeniu właściwości mechanicznych i odporności na pękanie stali gatunku 13HMF i 12H1MF, z których często wykonywano elementy wyposażenia energetycznego. Eksploatacja tych elementów przebiega w warunkach wysokich temperatur przez długie okresy czasu (ponad 150000 h). Dodatkowo na elementy konstrukcyjne oddziałują naprężenia, środowisko korozyjne i wodorotwórcze, co prowadzi do zmian mikrostrukturalnych i właściwości metalu. W wyniku przeprowadzonych badań ustalono, że charakterystyki mechaniczne i odporność na pękanie stali zależą od początkowego stanu mikrostruktury oraz to, że zmiany tych wielkości podczas eksploatacji odbywają się wg określonej „ścieżki”, właściwej dla mikrostruktury konkretnego typu. Przedstawiono zależności korelacyjne pomiędzy granicą plastyczności oraz odpornością na pękanie a twardością stali o różnych typach mikrostruktury. Przeprowadzono szczegółową analizę składników mikrostrukturalnych – wielkości ziarn oraz rozmiarów i dyspersyjności cząstek, dla mikrostruktur różnych typów stali ferrytycznych 12H1MF i 13HMF. Ustalono, że poziom granicy plastyczności stali zależy od względnego udziału wszystkich cząstek, natomiast poziom krytycznej wartości odporności na pękanie, KJC, zależy jedynie od względnego udziału dużych cząstek (d > 150 nm). Ilościowe dane o składnikach różnych typów mikrostruktury wykorzystano podczas analizy procesu pękania stali ferrytycznych. Pękanie analizowano jak kilkuetapowy proces, który składa się z nukleacji mikrodefektu, inicjacji mikropęknięcia i rozwoju meso- lub makropęknięcia. Pokazano, że dla realizacji każdego etapu niezbędny jest odpowiedni poziom naprężeń, który zależy od składników mikrostrukturalnych stali. Zaproponowany model pękania stali ferrytycznych pozwala na podstawie rozmiarów cząstek i ziaren określić poziom naprężenia krytycznego, przy którym występuje pękanie łupliwe lub oszacować prawdopodobieństwo występowania pękania łupliwego dla zadanego poziomu naprężenia w różnych mikrostrukturach. Poziom naprężenia krytycznego, wyznaczony według zaproponowanego modelu, jest zgodny z poziomem naprężenia krytycznego, który uzyskano drogą obliczeń numerycznych podczas wykorzystania zmodyfikowanego kryterium Ritchie-Knotta-Rice’go.

Biblioteka Cyfrowa

Podgląd