Phänomen des Kriechversagens von Verbindungselementen

Was ist das Phänomen des Kriechversagens?Verbindungselemente?

1, Kriechen ist ein Fehlerphänomen, bei dem Metallteile unter Langzeitbeanspruchung und hoher Temperatur verformt werden. Die durch das Gleiten des Korns entlang der Korngrenzen verursachte Verformung ist der Hauptmechanismus des Kriechens. Wenn die Verformungstemperatur auf 0.35~0.7 Tm ansteigt (Tm ist die Schmelzpunkttemperatur), erfährt der dünne Schichtbereich nahe der Korngrenze eine Erholung und Erweichung, wodurch ein Übergang entsteht. Nach der Verformung tritt erneut eine Verformung auf, daher muss diese wiederhergestellt und wieder gemildert werden, um die Verformung in diesen Bereichen aufrechtzuerhalten, was als Korngrenzengleiten bezeichnet wird. Aufgrund der für die Erholung erforderlichen Temperatur und Zeit kann ein Korngrenzengleiten nur unter Bedingungen oberhalb einer bestimmten Temperatur auftreten.
Die Metallzugkriechkurve ist in drei Stufen unterteilt:
In der ersten Stufe verlangsamt sich die Kriechgeschwindigkeit allmählich von schnell, was mit der Umverteilung von Kristalldefekten zusammenhängt.
In der zweiten Stufe zeigt es an, dass die beiden Mechanismen der Verfestigung und Erholung im Gleichgewicht sind und eine konstante Kriechgeschwindigkeit vorliegt. Diese Phase macht einen erheblichen Teil des gesamten Kriechprozesses aus.
Im dritten Stadium äußert sich dies in einer Erhöhung der Kriechgeschwindigkeit. Ab diesem Zeitpunkt reicht die Verformungshärtung des Metalls nicht mehr aus, um eine Verformung zu verhindern, und die Verringerung des wirksamen Querschnitts führt zu einer Erhöhung der Kriechgeschwindigkeit, was zum Bruch führt .
Nicht alle Materialien weisen die oben genannten drei Stufen in ihrer Kriechkurve auf. Das Phänomen des Versagens, das durch Größenänderungen vorgespannter Teile während des Kriechvorgangs verursacht wird, wird als thermische Relaxation bezeichnet. Schrauben, die zur Befestigung von Druckbehälterflanschen verwendet werden, können sich durch Kriechen unter Langzeiteinwirkung von Temperatur und Spannung verlängern, was zu einer Verringerung der Vorspannung und möglicherweise zu Undichtigkeiten des Druckbehälters führen kann.
2. Das Hauptmerkmal und die Beurteilung des Kriechens besteht darin, dass die Verformungsgeschwindigkeit sehr langsam ist. Es kann anhand der spezifischen Arbeitsbedingungen der Teile analysiert werden, um festzustellen, ob Bedingungen für Kriechen vorliegen (Temperatur, Spannung und Zeit). Ohne entsprechende Temperatur und ausreichend Zeit kommt es weder zum Kriechen noch zum Kriechbruch. In der Endbruchzone des Kriechbruchs ist der Rissgrat nicht so deutlich zu erkennen wie beim Zugbruch bei Raumtemperatur. Unter dem Rasterelektronenmikroskop zeigt die Kornform in der Nähe des Kriechbruchs oft keine Dehnung, während bei starker Vergrößerung manchmal Kriechhohlräume zu erkennen sind.
3. Die Identifizierungsmethoden für Kriechversagen sind thermische Entspannung und plastische Verformung, die beide eine Restverformung auf makroskopischer Ebene aufweisen und leicht verwechselt werden können. Plastischer Bruch und anhaltender Bruch (oder Kriechbruch) werden leicht verwechselt, da es makroskopisch vor dem Bruch zu einer Verformung und einer Einschnürung in der Nähe der Bruchoberfläche kommt. Die Unterschiede können unter folgenden Gesichtspunkten betrachtet werden.
1. Die Unterschiede in den Arbeitsbedingungen sind bekannt. Unter Zugbeanspruchung kommt es zu plastischer Verformung und plastischem Bruch, mit einem schnelleren Prozess und niedrigerer Temperatur. Thermische Entspannung und anhaltender Bruch sind Versagensprozesse, bei denen Temperatur und Zeit eine wichtige Rolle spielen. Höhere Betriebstemperaturen und längere Betriebszeiten sind notwendige Bedingungen für diesen Fehlermodus. Um die Arbeitsbedingungen zu verstehen, prüfen Sie zusätzlich zu den schriftlichen Unterlagen direkt, ob sich auf dem Wrack Spuren hoher Temperatur, wie z. B. Oxidationsfarbe, befinden. Bei der Analyse der Arbeitsbedingungen sollte man sehr vorsichtig sein. Beispielsweise arbeitet ein Hochtemperatur-Druckbehälter über längere Zeit bei niedrigem Druck, und plötzlich steigt der Druck an, was zu einer Verbindung führtSchraubenbrechen. Nur wenn man den relevanten Druck, die Temperatur und die Betriebszeit unter verschiedenen Arbeitsbedingungen genau versteht, kann man feststellen, ob ein Kriechversagen vorliegt.
2. Der Unterschied in der Bruchmorphologie besteht darin, dass die duktilen Vertiefungen auf der plastischen Bruchoberfläche sehr deutlich sind und die Bereiche, in denen sich Mikroporen ansammeln, relativ scharf sind. Unter dem Rasterelektronenmikroskop erscheinen diese Bereiche als helle weiße Linien. Auf der Kriechbruchoberfläche sind die Bereiche, in denen sich Mikroporen ansammeln, relativ matt, und unter dem Rasterelektronenmikroskop sind in diesen Bereichen keine offensichtlichen weißen hellen Linien zu erkennen. Auf der Kriechbruchoberfläche kann eine Oxidationsfarbe beobachtet werden, manchmal sind auch Kriechporen zu erkennen.
3. Das Mikrostrukturkriechen in der Nähe der Bruchoberfläche ist meist ein intergranularer Bruch, während der plastische Bruch meist ein transgranularer Bruch ist. In Proben, die einem Kriechen ausgesetzt waren, sind Kriechporen zu erkennen. Darüber hinaus bleibt Kohlenstoffstahl lange Zeit bei hohen Temperaturen und Karbide unterliegen einem gewissen Grad an Steinmahlung.
4, Maßnahmen zur Verbesserung der Kriechfestigkeit
1. Im Hinblick auf das Design ist es von entscheidender Bedeutung, die Materialien richtig auszuwählen und die Teileabmessungen basierend auf den Eigenschaften des Produkts festzulegen. In den letzten Jahren wurden viele neue Materialien entwickelt, um den steigenden Anforderungen an Produkttemperatur und -belastung gerecht zu werden, aber die Daten zur Kriechleistung, die den Konstrukteuren zur Verfügung gestellt werden können, reichen nicht aus. In diesem Fall kann es einerseits aufgrund der hohen Beanspruchung der Konstruktion zu einem frühzeitigen Versagen kommen. Andererseits ist es auch möglich, dass das Design zu konservativ ist und unnötiger Abfall entsteht. Beispielsweise beträgt die Auslegungslebensdauer eines Wärmekraftwerks im Allgemeinen 100.000 Stunden. In China haben viele Hauptdampfleitungen von Kraftwerks-Hochdruckkesseln mit 540 Grad und 10 MPa nach und nach ihre Lebensdauer erreicht. Aktuellen Lebensdauerschätzungen zufolge lässt sich die Lebensdauer dieser Kessel jedoch getrost auf 200.000 Stunden verlängern.
Im Allgemeinen dauert dieser Fehlermodus lange, was zu einer langsamen Reaktionsgeschwindigkeit führt. Eine wirksame Maßnahme besteht darin, die Kriecheigenschaften des Materials weiter zu untersuchen und auf der Grundlage der Prüfung und Akkumulation zu bestimmen.
2. In der Fertigung wird ein strenges Qualitätsmanagement implementiert, um zu vermeiden, dass Produkte aus Teilen zusammengesetzt werden, die nicht den technischen Spezifikationen entsprechen, was besonders wichtig für Produkte mit längeren Ausfallzyklen ist. Selbstverständlich sollten auf Basis der Fehleranalyse im Produktservice konkrete Maßnahmen abgeleitet werden.
3. Maßnahmen während des Gebrauchs: Überlastung ist eine häufige Ursache für Kriechversagen bei Produkten. Daher ist eine strenge Kontrolle der Einsatzbedingungen während des Gebrauchs eine äußerst wichtige Maßnahme zur Verbesserung der Produktlebensdauer und -zuverlässigkeit. Eine verstärkte Überwachung des Qualitätsstatus von in Betrieb befindlichen Produkten und Schlüsselkomponenten ist eine wirksame Maßnahme zur Gewährleistung der Produktzuverlässigkeit.