PROBLEMELE PRINCIPALE ALE UTILIZARII OTELURILOR LA TEMPERATURI RIDICATE

PROBLEMELE PRINCIPALE ALE UTILIZARII OTELURILOR LA TEMPERATURI RIDICATE

1.Tensiuni admisibile de calcul

Datorita complexitatii fenomenelor ce insotesc temperaturile ridicate,proiectarea elementelor ce lucreaza in aceste conditii prezinta aspecte multiple,putandu-se baza pe diferitele caracteristici care reliefeaza comportarea la cald a unui metal.In aceste conditii, este evident ca tipul retelei ce se proiecteaza,conditiila sale functionale,tehnologice si de razistenta,sunt determinate pentru alegerea tensiunilor admisibile de calcul.

Cazurile intalnite in practica pot fi impartite in patru mari categorii

paletele turbinelor cu aburi sau gaze - in acest caz,jocurile dintre rotor si carcasa trebuiesc mentinute mici,pe o durata lunga de functionare si in consecinta proiectarea se bazeaza pe limita de fluaj,corespunzatoare unor deformatii foarte mici (max.0,25%);

retelele termice - in acest caz,variatia dimensionala este relativ neimportanta,iar starea periculoasa limita o constitue ruperea,care nu trebuie sa se produca in cadrul duratei stabilita la proiectare;

imbinarile prin suruburi - dimensionare suruburilor ce lucreaza la temperature ridicate necesita cunoasterea datelor experimentale de relaxare sau a celor calculate pe baza datelor experimentale de fluaj sau sarcina constanta;

elemente supuse la forte de compresiune - dimensionarea acestora si valoarea tensiunilor admisibile se bazeaza pe considerente de stabilitate (flambaj).

In toate cazurile,poate cu exceptia acelora in care ruperea constitue conditia limita de proiectare,tensiunile admisibile vor trebui se razulte din datele experimentale,pe baza analizei starii de tensiune,specifica piesei ce se dimensioneaza.Atunci cand ruperea constitue conditia limita in locul deformatiei admisibile maxime de fluaj,proiectantul trebuie sa determine prin calcul durata pana la rupere atat in cazul unor solicitari simple cat si in cazul unor solicitari compuse.

Durata de serviciu pentru care este proiectat un agregat sau o piesa este de o importanta evidenta cu privire la ceea ce priveste alegerea materialelor si tensiunilor admisibile de calcul.

Durata de calcul la proiectare va determina in ce masura proprietatile de scurta durata la cald sunt importante in comparatie cu proprietatile de lunga durata.In multa cazuri practice,atat tensiunile cat si temperatura prezinta variatii.Se are in vedere prezentarea,in primul rand a proprietatilor mecanice statice;cu toate acestea nu pot fi neglijate o serie de alte fenomene care au loc la temperaturi ridicate si care pot influenta comportarea metalelor.

Un factor de o importanta mai mica ce trebuie avut in vedere la proiectare, il constitue cel economic:posibilitatea de aprovizionare si pretul de cost.Pot fi intalnite cazuri cand pretul de cost poate influenta durata de calcul a unui agreagat.

In afara cerintelor de cost si a proprietatilor de utilizare,metalele si aliajele folosite la temperature ridicate trebuie sa prezinte proprietati tehnologice corespunzatoare care sa permita punerea lor in evidenta,inclusive sudarea daca aceasta este necesara.

In general,problemele de fabricatie cresc pe masura ce materialul devine mai rezistent in conditii de fluaj.

2.Temperaturile de la care fluajul devine important pentru oteluri si trebuie tinut cont de el la proiectare

In cele mai multe cazuri de folosire a otelului la temperatura normala,fluajul se poate neglija in dimensionare,in timp ce la temperature suficient de ridicate,calculele de dimensionare se bazeaza in intregime pe consideratii de fluaj.O examinare a temperaturilor si conditiilor de proiectare se poate baza oarecum arbitrar,pe cele trei intervale de temperatura in care comportarea si calculele sunt determinate de:

a)-proprietati de scurta durata;

b)-proprietati de scurta durata asociate cu cele de lunga durata (fluajul);

c)-proprietatile de fluaj.

Un cod german pentru incercare la fluaj a otelurilor,stabileste ca limita de curgere da informatii corespunzatoare in ceea ce priveste comportarea sub sarcini statice la tractiune pana la 350⁰C in cazul otelurilor carbon si pana la 450⁰C in cazul celor aliate.

Limita superioara a intervalului la care se refera valorile de calcul prescrise,este considerate adesea ca fiind 390grd Cpentru otelurile carbon si cele termostabiel Cr-Mo,in loc de 300⁰C -limita data anterior.

"Codul ASME referitor la recipientii sub presiune,fara foc si cu privire la cazane"prescriu in cazul (a),drept tensiuni admisibile de calcul cele mai mici valori dintre:

-25% din reaistenta de rupere la tractiune,minima prescrisa la temperature normala;

-25% din rezistenta la rupere la tractiune,minima scontata,la temperature de utilizare;

-62 % din limita de curgere,minima scontata pentru o deformatie de 0,2%,la temperature de utilizare.

Codul ASME referitor la recipienti sub presiune fara foc prescrie urmatoarele pentru domeniul de temperaturi la care trebuie caosiderate numai proprietatile de fluaj (categoria c):- "la temperaturi ridicate,valorile tensiunilor de calcul sunt bazate pe 100% din limita de fluaj;valorile astfel alese rezultand ca o medie a datelor experimentale obtinute din numeroase incercari si prelucrate de catre subcomitetul de specialitate de pe langa ASME.

Codul ASME pentru cazane,admite aceeiasi tensiune bazata pe limita de fluaj,insa numai 60% din medie sau 80% di redistenta de fluaj pe 100 000 ore.

Pentru domeniul intermediar de temperaturi,Codul ASME pentru recipiente sub presiune fara foc specifica urmatoarele:

-"in intervalul de temperaturi intermediare,tensiunile vor fi limitate la valorile obtinute dintr-o curba continua care uneste valorile corespunzatoare intervalelor de temperature scazute si ridicate,curba gasindu-se pe sau sub curba de 62,5% din limita de curgere,minimum scontata,la temperature de proiectare.

Prescriptiile se aplica recipientelor sub presiune si cazanelor cu o durata calculate de cel putin 100 000 ore.

Alegerea coeficientilor de siguranta va depinde desigur de natura agregatului ce se dimensioneaza.

Efectul variatiilor mici de temperatura si tensiune

Se analizeaza influenta variatiilor mici ale temperaturii si tensiunii asupra deformatiei totale de fluaj si a duratei pana la rupere.

Variatiile mari de temperature,care se pot produce la pornirea/oprirea unui agregat,produc gradienti de temperatura si tensiuni termice corespunzatoare.In acest caz se admite ca modificarile de temperatura sunt destul de mici pentru a nu produce tensiuni termice.

Deformatia totala de fluaj se presupune a fi suma deformatiilor care se produc pe fiecare treapta.La o anumita treapta,fractiune duratei de rupere consumata,este data de raportul:

Durata de tensiune si temperature data (*)

Durata la rupere    la o tensiune si o temperatura

data,in cazul unei incercari clasice de fluaj

Pentru a studia efectul variatiei de temperatura asupra deformatiilor de fluaj,se va analiza numai fluajul stationar,in care,

concluziile vor fi strict valabile numai pentru durata la care fluajul primar este neglijabil fata de cel secundar.Reprezentarea empirica,acceptata in modul cel mai general,a datelor de fluaj stationar,este urmatoarea:

unde A , n si alfa sunt constante.

Daca nu este analizat un interval prea larg de temperatura,se poate admite o alta relatie empirica de forma:

Daca o piesa proiectata pentru o viteza de fluaj (Epsilon(f0) cu punct) lucreaza jumatate din perioada sa de functionare la o temperatura

DELTA( T) peste temperatura medie,iar cealalta jumatate la o temperature cu DELTA(T) sub medie,se va observa in relatia de mai jos ca viteza neta de fluaj va fi:

Aceasta ecuatie se alica,de asemenea ,la o epruveta de tractiune a carei jumatate din lungimea sa se gaseste la o temperature superioara,

iar cealalta la o temperature inferioara,cu acelasi gradient,fata de temperatura nominala.

La o epruveta,a carei temperature variaza liniar in timp,intr-un

interval de temperatura 2T sau pentru 5epruvete de tractiune a carei temperatura variaza liniar pe lungimea ei de la ∆T peste,pana la ∆T sub temperatura de proiectare:

Importanta relativa in cazul incercarilor clasice de fluaj a variatiilor temperaturii medii si a diferentelor de temperature fata de medie,poate fi dedusa din ultimele doua ecuatii.