Исследования химического состава по сечению ротора

Исследования химического состава по сечению ротора показали незначительную зональную ликвацию, что подтверждает возможность повышения структурной однородности металла горячей механической и термической обработки и тем самым— значений ударной вязкости и пластических свойств в централь-ной зоне крупных поковок.

Значительное понижение пластических свойств в центральных зонах крупных поковок наблюдается, как правило, и у 156 таких широко распространенных конструкционных сталей, как 40ХН, ОХНЗМ и др. Оно связано с металлургическими особенностями изготовления крупных слитков, в значительной мере с ликвацией вредных примесей, замеченной и в крупных слитках 12%-ных хромистых сталей.

Сайке указывает, что многие роторные перлитные стали имеют высокую ударную вязкость (по Изоду) при повышенных температурах и низкую при комнатной. На основании результатов длительной эксплуатации роторов он пришел к выводу о том, что низкая ударная вязкость при комнатной температуре не имеет большого значения для подавляющего большинства случаев применения этих сталей.

Стабильность структуры при длительных тепловых выдержках имеет первостепенное значение для роторов с точки зрения сохранения неизменными свойств и геометрии изделия в процессе эксплуатации. Длительное старение металла ротора из стали ЭИ756 проводилось при 575 °С в течение 1000—4770 час. на продольных и тангенциальных образцах (на расстоянии Vз радиуса от поверхности диска). Механические свойства показывают, что предел прочности при старении практически не меняется, несколько снижаются предел текучести, относительное удлинение, сужение площади поперечного сечения и ударная вязкость. Основные изменения завершаются уже в первые 1000—3000 час. старения и далее, по-видимому, процессы выделения новых фаз и их коагуляции уравновешивают друг друга; микроструктура образцов после старения при 600 °С изменяется несильно.

Исследования длительной прочности металла

крупного ротора из стали ЭИ756 проводили на тангенциальных и радиальных образцах

Рентгеноструктурным анализом было установлено, что ос-новной фазой в осадке является карбид Ле2зСб, но присутствует также интерметаллид МА (-М/{)2 (фаза Лавеса), количество которого при старении изменяется мало, и нитрид Cr2N. Кроме этих составляющих, на металлографических шлифах была обнаружена , фаза неизвестного состава, располагающаяся по границам сорбитных участков или внутри них: эта фаза имеет большую твердость, чем основная структура, и коагулирует при старении.

Иитерметаллиды равномерно располагаются по зерну феррита и, как показали исследования длительной прочности, несомненно, сильно упрочняют его наряду с основным упрочнением растворенными в нем элементами — молибденом, хромом и в особенности вольфрамом, сильно повышающим жаропрочные свойства.

Исследования длительной прочности металла крупного ротора из стали ЭИ756 проводили на тангенциальных и радиальных образцах, вырезанных из различных частей ротора: радиальные — из периферийной, а тангенциальные — из центральной части поковки вблизи расточки и на расстоянии '/3 радиуса от периферии. Образцы в основном испытывали при 575 °С, от-дельные — при 630 °С.

Результаты испытаний на длительную прочность стали ЭИ756 обработаны в системе двойных логарифмических координат lga— lg т и по параметрической зависимости lga — Т(24 + lgt). Длительность испытания отдельных образцов при 575 °С превышает 20000 час., что до-статочно надежно гарантирует экстраполированную величину предела длительной прочности за 100 000 час. Предел длительной прочности за 100 000 час., полученный в двойных логарифмических координатах, составляет при 575 °С 15, при 630 °С 9 кГ/мм2. 

Для металла ротора из стали ЭИ802 значения пределов длительной прочности за 100 000 час. следующие: при 550 °С 16; 565 °С 13; 580 °С 12 и при 600 °С 8 кГ/мм2.

Испытания на длительную прочность

кроме численных значений времени до разрушения

Параметрическая зависимость дает более низкие значения предела длительной прочности, но данных еще недостаточно, чтобы ее считать более достоверной, чем обычно применяемая зависимость в двойных логарифмических координатах.

Испытания на длительную прочность, кроме численных значений времени до разрушения, дают весьма важные сведения о пластичности материала и характере разрушения. Пластичность 12%-ной хромистой роторной стали оказалась высокой, а на кривых длительного разрушения ясно различаются три участка, причем третий, характеризующий оставшийся запас пластичности, хорошо развит. Суммарная пластическая деформация до разрушения составляет 2,6—19,4% за время от 4000 до 11000 час.; в большинстве случаев она равна 5—9% и это на-дежно гарантирует от внезапного хрупкого разрушения ротора при работе.

Предел ползучести стали ЭИ756 при 575 °С в координатах lga — IgV'n, где a — напряжение, Vn — скорость ползучести, ра-вен 7,5 кГ/мм2 при Vn = 1 - 10~5%/час. Для стали ЭИ802 предел ползучести при 565 °С = 6 и при 580 °С = 5 кГ/мм2.

Шейки ротора подвергают знакопеременной нагрузке, в связи с чем необходимо иметь данные по пределу усталости роторной стали. Испытания, проведенные при комнатной температуре на базе 10 циклов в условиях знакопеременного нагружения цилиндрических образцов, показали, что предел усталости стали ЭИ756 равен 29—32,5 кГ/мм2. Отношение предела усталости к пределу прочности составляет 0,37—0,40, что удовлетворительно для крупных поковок.