Hogyan befolyásolja a járókerék öntvényeinek maradékfeszültsége a járókerék hosszú élettartamát?

Lapátos járókerék öntvények A folyékony gépek szíve, gyakran nagy sebességgel, nagy nyomással, korrozív közeggel és ingadozó hőmérséklettel járó környezetben működnek. A szervizelés során a járókerekek összetett terhelésnek vannak kitéve, beleértve a centrifugális, hidraulikus és termikus igénybevételeket. A külső terhelések mellett azonban az öntvényen belül egy rejtett fenyegetés is leselkedik: a maradék feszültség. A maradó feszültség egy önkiegyenlítő feszültségrendszer, amelyet belsőleg generál az egyenetlen zsugorodás vagy térfogatváltozás a fázisátalakulások és hőkezelési folyamatok során. A geometriailag összetett járókerék öntvényeknél a maradó feszültség jelenléte döntő hatással van a járókerék hosszú távú élettartamára és szerkezeti integritására.

Közvetlen kapcsolat a maradék stressz és a repedési kockázat között

Öntési repedések előidézése

Az öntvények hideg- és melegrepedésének elsődleges hajtóereje a nagy húzó-maradékfeszültség. A lapátlapátos járókerék öntvényeknél a lapát és a kerékagy közötti vastag határfelület (agy/burkolat) és a hirtelen geometriai változások nagy kockázatú területek a maradékfeszültség-koncentráció szempontjából.

Maradék húzófeszültség: Ha ez a belső húzófeszültség meghaladja az anyag folyáshatárát vagy szakítószilárdságát, az öntés utáni statikus állapotban is azonnali vagy késleltetett makrorepedésekhez vezethet.

Késleltetett repedés: Különösen bizonyos ötvözetek, például martenzites rozsdamentes acél vagy bizonyos nikkel alapú ötvözetek esetében a hidrogén ridegséggel kombinált maradékfeszültség késleltetett repedést okozhat. Ezt a hibát gyakran nehéz észlelni a gyári ellenőrzés során, de a járókerék élettartamának korai szakaszában hirtelen meghibásodáshoz vezethet.

Stressz szuperpozíciós hatás

A járókerék üzembe helyezése után a maradó húzófeszültségek a külső üzemi feszültségekre rákerülnek.

Feszültségkoncentráció: A járókerék nagy fordulatszámú forgása során keltett centrifugális feszültsége a lapát gyökerénél éri el a maximumát. Ha ezen a területen jelentős öntési maradvány húzófeszültség is fennáll, a keletkező helyi összfeszültség jóval meghaladhatja az anyag biztonsági határát.

Hajlítás és deformáció: A ráhelyezett feszültségek hatására a lokális anyag idő előtt a képlékeny deformáció szakaszába léphet, ami a járókerék geometriai torzulásához, dinamikus egyensúlyának megzavarásához, végül pedig súlyos vibráció- és csapágykárosodáshoz vezethet.

A maradék feszültség hatása a fáradtsági élettartamra és a korróziós viselkedésre

A fáradtság élettartamának jelentős csökkenése

A lapátos járókerekek öntvényei többnyire váltakozó terhelés mellett működnek, kifáradási élettartamuk pedig a hosszú távú megbízhatóság kulcsmutatója.

Gyorsított kifáradási repedés kezdete: A húzó maradó feszültség hatékonyan növeli a feszültségciklus átlagos feszültségét. A Goodman vagy Haigh kifáradási kritériumok szerint az átlagos feszültség növekedése jelentősen lerövidíti az anyag kifáradási határát, felgyorsítva a kifáradási repedés kialakulását a hibánál.

A fáradtság növekedésének hajtóereje: A maradó húzófeszültség további hajtóerőt biztosít a keletkezett mikrorepedések számára, amelyek nagyobb sebességgel terjednek át a járókerék kritikus teherviselő területein, ami idő előtti kifáradási meghibásodáshoz vezet.

Gyorsított feszültségkorróziós repedés (SCC)

Sok járókerék öntvény, különösen a rozsdamentes acélból vagy duplex acélból készült, szükséges, hogy korrozív közegben (például klorid oldatokban) működjön.

SCC-érzékenység: A feszültségkorróziós repedés (SCC) egy meghibásodási mód, amelyet a korrózió és a húzófeszültség együttes hatása okoz. A maradék húzófeszültség önmagában elegendő az SCC szükséges feszültségfeltételének megteremtéséhez.

Lokális anódos hatás: A szemcsehatárok vagy mikrostruktúrák a nagy maradékfeszültségű területeken jobban aktivizálódhatnak, helyi anódokat képezve. Ez felgyorsítja az elektrokémiai korróziót, és gyorsan törékeny repedéseket okoz az anyag folyáshatára alatti hőmérsékleten. Ez rendkívül veszélyes a petrolkémiai és tengeri alkalmazásokban használt korrózióálló ötvözetekből készült járókerekek esetében.

A maradék feszültség kritikus szabályozása az öntési folyamatban

A lapátkerék-öntvények maradó feszültségének szabályozása az öntőmérnökök egyik elsődleges feladata.

A hőkezelés szükségessége: Feszültségmentesítő lágyítást vagy speciális oldatos kezeléseket általában a maradék feszültségek feloldására vagy újraelosztására használnak. A melegítési sebesség, a tartási idő és a hőmérséklet, valamint a hűtési sebesség pontos szabályozása kulcsfontosságú, hogy elkerüljük az új termikus igénybevételeket vagy az anyag mikroszerkezetének befolyásolását.

Megszilárdulás és hűtés optimalizálása: A formatervezés és a hűtési sebesség optimalizálásával, például lehűtéssel vagy a forma forró forma hőmérsékletének szabályozásával, egyidejű megszilárdulás és egyenletes hűtés érhető el az összes járókerék alkatrészénél, minimalizálva a forrásnál a maradék feszültséget.