Виды напряжений и показатели прочности металла

При эксплуатации парогенератора металл его основных элементов — трубы, коллекторы, барабан — испытывает различные виды напряжений:

1. Напряжение растяжения под действием внутреннего давления рабочей среды (воды, пара).

2. Напряжение сжатия на внутренней стенке от внутреннего давления рабочей среды.

3. Напряжение изгиба от собственного веса горизонтально расположенных полых деталей, веса рабочей среды в них и веса присоединенных элементов, а также компенсационные изгибающие напряжения независимо от расположения полой детали.

4. Сложные термические напряжения от неравномерной по толщине стенки температуры полых деталей.

5. Остаточные сварочные напряжения, которые непременно сопутствуют сварным соединениям полых деталей парогенераторов.

6. Кроме того, с внутренней стороны полых деталей на металл воздействуют рабочая среда высокой температуры, что сопровождается пароводяной коррозией, а с наружной стороны — топочные газы еще более высокой температуры, вызывающие газовую коррозию. Эти напряжения накладываются одно на другое и действуют одновременно.

Таким образом, основные детали парогенератора при эксплуатации испытывают одновременное воздействие механических нагрузок, высоких температур, коррозии. Поэтому необходимо знать поведение металла при этих условиях, чтобы выбрать соответствующую марку стали для изготовления различных деталей, способную надежно и длительно работать в эксплуатации.

Прочность металла определяется комплексом показателей: пределом прочности, пределом текучести, условным пределом ползучести, относительным удлинением, относительным сужением, ударной вязкостью.

Предел прочности — отношение максимального усилия, разрушающего образец металла на испытательной машине, к площади поперечного сечения образца — обозначается, кгс/мм2. Следовательно, предел прочности — это напряжение образца при его разрыве на испытательной машине:

Физический предел текучести — напряжение, при котором образец, растягиваемый на испытательной машине, начинает удлиняться без увеличения растягивающей нагрузки (течет).

Этот весьма важный показатель указывает, до каких пределов можно нагружать деталь. Нагрузка выше предела текучести приводит к увеличению деформации металла (текучесть без увеличения нагрузки) и размеры детали увеличиваются.

Для расчетов конструкций и деталей введено понятие условный предел текучести напряжение, которое вызывает остаточную деформацию 0,2%.

Относительное удлинение — отношение полученного приращения длины при растяжении образца к его первоначальной длине, т. е.

Ударная вязкость характеризует способность металла воспринимать ударные (динамические) нагрузки. Для определения ударной вязкости образец металла разрушают ударом на специальной машине. Ударная вязкость — это работа, затраченная на излом образца на специальной машине.