Wpływ obciążeń stopniowanych na trwałość niskocyklową stosowanych w energetyce stali P91 i P92

• Autorzy: Junak G. , Cieśla M.

Warianty tytułu

EN

The influence of graded loads on the low-cycle durability of P91 and P92 steels used in power engineering

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy określenia charakterystyk trwałości niskocyklowej stali P91 i P92 stosowanych na najbardziej wytężone elementy bloku energetycznego. Określono trwałość stali dla stałych zakresów odkształcenia całkowitego z przedziału ??c = 0,6÷1,2% (rys. 3) oraz przy obciążeniach stopniowanych- -dwuetapowych (rys. 10 i 11). Badania zmęczenia niskocyklowego materiałów w stanie wyjściowym przeprowadzono w temperaturze pokojowej. Próby zmęczeniowe prowadzono na maszynie MTS-810 przy sterowaniu odkształceniem. Badania przy obciążeniach stopniowanych zrealizowano dla dwóch zakresów odkształcenia ??c = 0,6 i 1,2%, stosując cykle o przebiegu sinusoidalnym przy współczynniku R = -1. Na ich podstawie opracowano charakterystyki niskocyklowej trwałości uwzględniające wpływ sekwencji obciążania (rys. 10 i 11). Stwierdzono, że trwałość zmęczeniowa stali poddanych obciążeniom stopniowanym jest ściśle skorelowana z historią odkształcenia w próbie zmęczeniowej. Większą trwałością charakteryzowały się stale, w przypadku których w badaniach jako pierwszy zastosowano mniejszy zakres odkształcenia ??c = 0,6%. Przeprowadzone analizy fraktograficzne złomów zmęczeniowych na mikroskopie elektronowym skaningowym Hitachi S-4200 ujawniły charakterystyczne dla tego procesu pękania układy prążków zmęczeniowych, jak również liczne pęknięcia wtórne generowane na granicach ziaren byłego austenitu (rys. 12). Przedstawiono metodę analitycznego prognozowania niskocyklowej żywotności elementu na przykładzie stali P91 poddanej obciążeniom stopniowanym. W tym celu zastosowano energetyczne kryterium trwałości materiałów opracowane dla prób zrealizowanych w warunkach zmęczenia niskocyklowego.

EN

The aim of the study was to determine the low-cycle durability characteristics of P91 and P92 steels used in the power unit components that work under the highest effort. The life of the steels was determined for constant ranges of total deformation from the range of ??c = 0.6÷1.2% (Fig. 3) and with the application of graded two-stage loads (Fig. 10 i 11). Low-cycle fatigue tests of the materials in their initial state were performed at room temperature. The fatigue tests were conducted on an MTS-810 machine, while controlling the deformation. The tests with graded loads were performed for two deformation ranges: ??c = 0.6 and 1.2%. On these basis, the low-cycle durability characteristics taking into account the effect of loading sequence were developed (Fig. 10 i 11). It has been found that the fatigue life of steels exposed to graded loads is strictly correlated with the deformation history in the fatigue test. Higher fatigue life was a characteristic of steels in the case of which during the tests, a smaller deformation range, ??c = 0.6%, was applied. Fractographic analyses of fatigue fractures, conducted using the Hitachi S-4200 scanning electron microscope, revealed fatigue striation characteristic for such a cracking process as well as numerous secondary cracks generated on the boundaries of former austenite grain (Fig. 12). A method of analytical forecasting of the low-cycle life of a component is presented on the example of the P91 steel subject to graded loads. To this end, the energy-related criterion of the life of materials developed for the fatigue tests conducted in low-cycle fatigue conditions was applied.

Słowa kluczowe

PL

zmęczenie niskocyklowe; fraktografia; właściwości mechaniczne; mikrostruktura

EN

low-cycle fatigue; fractography; mechanical properties; microstructure

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 32, nr 5
• Strony: 862--867
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Junak G.

autor

Cieśla M.

• Katedra Technologii Materiałów, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska,

Bibliografia

• [1] Renowicz D., Ciesla M.: Crack initiation in steel parts working under thermomechanical fatigue conditions. International Journal of Computational Materials Science and Surface Engineering (IJCMSSE) 1 (4) (2007) 424÷437.
• [2] Okrajni J., Mutwil, Cieśla M.: Steam pipelines’ effort and durability. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 22 (2) (2007) 63÷66.
• [3] Renowicz D., Cieśla M.: Crack initiation in steel parts working in boilers and steam pipelines. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 21 (2) (2007) 49÷52.
• [4] Okrajni J., Marek A., Junak G.: Description of the deformation process under thermomechanical fatigue. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 21 (2007) 15÷23.
• [5] Cieśla M., Ducki K. J.: Influence of increased nitrogen content on tool steel structure and selected properties. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 27 (2) (2008) 123÷126.
• [6] Cieśla M., Ducki K.: Effect of increased nitrogen content on the structure and properties of tool steels. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 29 (2) (2008) 15÷22.
• [7] Tomkins B.: Fatigue failure and the integrity of structures. Course of Metal Fatigue, University of Sheffield (1991).
• [8] Renowicz D., Hernas A., Cieśla M., Mutwil K.: Degradation of the cast steel parts working in power plant pipelines. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 18 (2006) 219÷222.
• [9] Dobrzański J.: The classification method and the technical condition evaluation of the critical elements’ material of power boilers in creep service made from the 12Cr-1Mo-V. Journal of Materials Processing Technology (2005) 785÷794.
• [10] Dobrzański J., Zieliński A., Sroka M.: Structure, properties and method of state evaluation of low-alloyed steel T23 (HCM2S) worked in creep conditions. Proceedings of the 11th International Scientific Conference on the Contemporary Achievements in Mechanics, Manufacturing and Materials Science CAMSS’2005, Gliwice-Zakopane (2005) 171÷180.
• [11] Kocańda S.: Zmęczeniowe pękanie metali. WNT, Warszawa (1978).
• [12] Kocańda S.: A fatigue cracking of metals. WNT, Warsaw (1985).
• [13] Okrajni J., Marek A., Junak G.: Stress-strain characteristics under mechanical and thermal loading. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 20 (2007) 271÷274.
• [14] Ducki K. J., Cieśla M.: Effect of heat treatment on the structure and fatigue behaviour of austenitic Fe-Ni alloy. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 30 (1) (2008) 19÷26.
• [15] Ducki K., Cieśla M.: Influence of initial heat treatment on the fatigue life of austenitic Fe-Ni alloy. Archives of Materials Science and Eng. 29 (2) (2008) 89÷92.
• [16] Kocańda S., Szala J.: Podstawy obliczeń zmęczeniowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa (1997).
• [17] Miller K. J., Zachariach K. P.: Cumulative damage laws for fatigue crack initiation and stage propagation. Journal of Strain Analysis 12/4 (1977) 263÷277.
• [18] Miller K. J.: An introductory lecture on fatigue of metals. Course of Metal Fatigue, University of Shefild (1991).
• [19] Śloderbach Z.: Metody badań i opis zachowania się materiałów metalicznych w warunkach zmiennych obciążeń cieplno-mechanicznych. Część I. Omówienie metod i badań doświadczalnych. Energetyka, z. tematyczny nr XVIII (2008) 115÷120.
• [20] Śloderbach Z.: Metody badań i opis zachowania się materiałów metalicznych w warunkach zmiennych obciążeń cieplno-mechanicznych. Część II. Metody opisu przewidywanego zachowania się materiału. Energetyka, z. tematyczny nr XVIII (2008) 121÷125.
• [21] Kocańda S., Kocańda A.: Niskocyklowa wytrzymałość zmęczeniowa metali. PWN, Warszawa (1989).
• [22] Okrajni J., Junak G.: Low cycle fatigue of steels at high temperature under gradual loading. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 26 (2) (2008) 147÷150.
• [23] Hammouda M. M. I., Ahmad S. S. E., Serbini A. S., Sallam H. E. M.: Deformation behaviour at the tip of a physically short crack due to a single overload. Fatigue Fract. Eng. Mater. Strust. (1999).
• [24] Kocańda S., Kocańda D., Tomaszek H.: Probabilistic prediction of fatigue life in short crack growth range. Proc. Finfth Intern. Conf. on Structural Failure, Vienna, Austria (1996).
• [25] Tomkins B.: Fatigue failure and the integrity of structures. Course of Metal Fatigue, University of Shefild (1991).