Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania niskocyklowe stali w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego : projekt i weryfikacja stanowiska badawczego

Lis Zbigniew

Postępy w Inżynierii Mechanicznej

|

2019

|

nr 14(7)

85--96

PL

W pracy przedstawiono projekt oraz opis stanowiska do badań próbek ze stali w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego. Zakres pracy obejmuje analizę stanu techniki, projekt oraz przedstawienie wyników prób weryfikacyjnych stanowiska w zróżnicowanych warunkach obciążenia.

EN

The paper presents the design of the test stand for testing steel specimens under thermo-mechanical fatigue. The aim of the work includes the analysis of the design and verification tests under various load conditions.

2

Transient heat transfer as a leading factor in fatigue of thick-walled elements at power plants

Wacławiak Krzysztof, Okrajni Jerzy

Archives of Thermodynamics

|

2019

|

Vol. 40, no 3

43--55

EN

The authors present a numerical study of a start-up of a boiler with a thick-walled element subjected to thermomechanical loading. The significance of calculations of real heat transfer coefficients has been demonstrated. Fluid dynamics, mechanical transient thermal and static structural calculations have been conducted in both separate and coupled modes. Strain-stress analyses prove that the effect of the heat transfer coefficient changing in time and place in comparison with a constant one as recommended by standards is the key factor of fatigue calculations.

3

Modelowanie wpływu parametrów eksploatacyjnych na stan naprężenia rur grubościennych w kotłach o parametrach nadkrytycznych

Wacławiak K., Okrajni J.

Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika

|

2018

|

z. 90 [298], nr 1

101--115

PL

W pracy przedstawiono przykłady modelowania procesów cieplno-mechanicznych zachodzących w rurach grubościennych podczas uruchamiania bloków energetycznych. Rozpatrzono przykłady elementów wykonanych ze stopu HR6W przeznaczonego na elementy urządzeń energetycznych o podwyższonych parametrach pracy. Omówiono zagadnienie wyznaczania pól temperatury i składowych stanu naprężenia na przykładzie rury grubościennej o średnicy zewnętrznej wynoszącej 540 mm i grubości ściany równej 127 mm, która reprezentuje elementy bloków o nadkrytycznych parametrach pracy, projektowane z uwagi na kryterium wytrzymałości na pełzanie. Ciśnienie wewnątrz rury w warunkach pracy ustalonej wynosiło 31,4 MPa, a temperatura 610°C. Skoncentrowano się na zagadnieniu oceny wpływu krótkotrwałych zmian temperatury podczas cykli uruchamiania bloku energetycznego na rozkłady zmiennej w czasie temperatury i związane z nimi naprężenia cieplne. Przedstawiono sposób modelowania uwzględniający możliwość oceny wpływu czasu rozruchu i niestabilności parametrów pary w tym okresie na przebieg lokalnych charakterystyk procesu odkształcania materiału. Ważne dla symulacji numerycznej właściwości materiałowe przyjmowano jako zależne od temperatury. Wyznaczono lokalne charakterystyki odkształcania wybranych punktów na powierzchni rury w postaci zależności pomiędzy odkształceniem i naprężeniem obwodowym. Wykazano istotny wpływ oscylacji temperatury występujących w warunkach rozruchu na zmienne w czasie pola naprężeń i odkształceń, sprzyjające powstawaniu zjawisk o zmęczeniowym charakterze.

EN

The examples of simulation of thermo-mechanical processes which undergo during start-up of commercial power boilers in thick-walled tubes have been presented. The tubes were made of nickel alloy HR6W. This material will be used for thick-walled elements of future boilers with raised operation parameters. The determination of temperature distribution and components of stress state was carried out for the tube with an outer diameter of 540 mm and wall thickness of 127 mm. The analysed heavy wall tube represents the elements of super-critical unit designed due to creep strength. The pressure inside the tube, under steady-state conditions, was 31.4 MPa and temperature was equal to 610°C. The investigations were focused on assessment of the effect of transient changes in temperature during start-up cycles of power unit on distributions of time-dependent temperature and thermal stresses. The method of modeling that allows to assess the effect of start-up time and instability of steam parameters on the local characteristics of the material deformation. The important material properties for the numerical simulation were assumed in relation to the temperature. The local characteristics of deformation of selected points lying on tube surface in a form of relations between strain and circumferential stress were determined. It has been shown that temperature change oscillations under start-up of boiler has an important effect on the time-dependent stress and strain distributions, intensifies the fatigue phenomena.

4

Wpływ parametrów obciążeń cieplno-mechanicznych na procesy lokalnego odkształcenia w wybranym elemencie

Marek A.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 8

294--297

PL

Analizę wytrzymałościową przeprowadzono dla dwóch sposobów obciążenia modelu, w którym znajduje się karb geometryczny. Przyjęto, że element pracuje w warunkach zmiennych obciążeń mechanicznych i cieplnych. Założono, że charakter tych obciążeń jest zbliżony do warunków jakie panują podczas włączania i wyłączania bloku energetycznego. Na przebieg zmian obciążeń w czasie składa się przedział czasu obejmujący nagrzewanie i wzrost ciśnienia, okres w którym ciśnienie i temperatura przyjmują stałe wartości oraz przedział czasu obejmujący odciążenie i spadek wartości temperatury. Badano przypadek, gdy karb znajduje się na powierzchni materiału. Opisano przebieg zmian odkształcenia i naprężenia w wierzchołku karbu w warunkach opisanych obciążeń mechanicznych i zmiennej temperatury.

EN

A strength analysis was performed for two methods of loading of a model with a geometric notch. It was assumed that the element works under variable mechanical and thermal loads, and athat the nature of the loads is similar to the conditions existing during the start-up and shut-down of a power unit. The course of changes in the load over time consists of a time interval including the heating and pressure rise, the period when the pressure and temperature assume constant values, and the time period encompassing the unloading and the drop in the temperature. A case was investigated where the notch was located on the surface of the material. The course of changes is described concerning the strain and stress in the apex of the notch in the discussed mechanical conditions and at a variable temperature.

5

Relacje pomiędzy trwałością w warunkach zmęczenia izotermicznego i cieplno-mechanicznego stali P92

Junak G.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 8

327--331

PL

Urządzenia instalacji energetycznych takie jak komory przegrzewacza pary oraz rurociągi przesyłowe podczas eksploatacji narażone są na szkodliwe oddziaływanie wysokiej temperatury oraz ciśnienia pary. Niejednokrotnie może być to przyczyną pękania co w konsekwencji doprowadza do uszkodzenia obiektu. Decydujące są tu zjawiska zmęczenia o charakterze cieplno-mechanicznym oraz pełzania. W pracy przeprowadzono badania zmęczenia cieplno-mechanicznego TMF dla zakresu temperatur 200−600°C oraz badania izotermiczne niskocyklowe LCF w temperaturze 600°C. Badano relacje pomiędzy trwałością w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego i izotermicznego zmęczenia niskocyklowego. Materiałem do badań była stal X10CrWMoVNb9-2 stosowana w przemyśle energetycznym na elementy komór oraz rurociągi pary świeżej. Badania wykazały, że istnieje korelacja pomiędzy trwałością uzyskaną w badaniach zmęczenia cieplno-mechanicznego a trwałością w warunkach obciążeń niskocyklowych jeśli jako kryterium decydujące o trwałości przyjmiemy zakres odkształcenia plastycznego Δεpl.

EN

Power engineering system equipment such as steam superheater chambers and transmission pipelines are exposed to detrimental effects of high steam pressure and temperature during service. This can often cause cracking and consequently damage to the object. Thermomechanical and creep fatigue phenomena are decisive here. Thermomechanical fatigue (TMF) tests for the 200−600°C temperature range and low-cycle isothermal tests (LCF) at 600°C were carried out as part of the study. Relationships between durability under thermo-mechanical and low-cycle isothermal fatigue were investigated. The test material was X10CrWMoVNb9-2 steel, which is used in the power engineering industry for making chamber elements and live steam pipelines. The tests have shown that there is a correlation between durability obtained in tests under thermo-mechanical fatigue conditions and durability under low-cycle load conditions, if the plastic deformation range Δεpl. is adopted as the criterion determining the durability.

6

Porównanie właściwości stali X20CrMoV12.1 poddanej zmęczeniu cieplno-mechanicznemu w stanie wyjściowym i po eksploatacji

Marek A., Junak G.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 8

357--359

PL

W pracy porównano właściwości zmęczeniowe stali X20CrMoV12.1 w stanie wyjściowym i po eksploatacji. Stwierdzono, że stal X20CrMoV12.1 po eksploatacji ma wyższą trwałość w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego niż ta sama stal w stanie wyjściowym. Dotyczy to zarówno przypadku, w którym cykl temperatury jest zgodny w fazie z cyklem odkształcenia mechanicznego, jak i przypadku, gdy cykle te pozostają w fazach przeciwnych. Dokonano strukturalnej interpretacji zachowania się rozpatrywanych materiałów. Stwierdzono, że zróżnicowanie ich właściwości zmęczeniowych związane jest ze zmianami struktury wywołanymi długotrwałym oddziaływaniem podwyższonej temperatury.

EN

The article provides a discussion on a comparison of properties of the X20CrMoV12.1 steel in the initial state and in a state after many years of service. It has been found that, in the post-operation state the X20CrMoV12.1 steel is characterised by higher fatigue life compared to the same steel grade in the initial state. The foregoing applies to a case where the temperature cycle conforms with the mechanical strain cycle in the phase as well as to one where both these cycles remain in opposite phases. What has been provided is a structural interpretation of the behaviour displayed by both the materials examined. It has been established that diversification of their fatigue characteristics is related to changes occurring in the structure, triggered by prolonged impact of increased temperature.

7

Charakterystyki zmęczeniowe stali X10CrWMoVNb9-2 w warunkach zmiennych obciążeń cieplnych i mechanicznych

Junak G., Cieśla M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2016

|

Vol. 83, nr 8

340--343

PL

Wysokoprężne rurociągi pary podczas eksploatacji szczególnie w trakcie odstawień i uruchamiania bloku energetycznego narażone są na oddziaływanie zarówno zmiennej temperatury, jak i obciążeń mechanicznych. W takich warunkach może wystąpić pękanie materiału w procesach zmęczenia cieplno-mechanicznego często o charakterze niskocyklowym. Niejednokrotnie decyduje to o trwałości instalacji rurociągowej. W pracy przeprowadzono próby izotermicznego zmęczenia niskocyklowego w temp. 600oC jak również zróżnicowane warianty zmęczenia cieplno-mechanicznego w zakresie zmian temperatury 200−600oC. Materiał do badań pobrano z rury ze stali X10CrWMoVNb9-2 stosowanej na rurociągi pary świeżej. Badano relacje pomiędzy trwałością w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego i izotermicznego zmęczenia niskocyklowego. Wyniki badań wykazały, że niskocyklową trwałość materiału określoną w warunkach izotermicznych można porównywać z określoną w badaniach zmęczenia cieplno-mechanicznego realizowanego w przeciw fazie przy podobnym zakresie odkształcenia plastycznego De pl.

XX

In the course of operation, and particularly during downtimes and start-ups of power units, high-pressure steam pipelines are affected by the impact of variable temperature as well as mechanical loads. Under such conditions, the material they are made of is exposed to cracking in processes of thermal and mechanical fatigue, often bearing low-cycle characteristics. In numerous cases, the foregoing is decisive of the equipment service life. This paper provides a discussion on tests of isothermal low cycle fatigue conducted under the temperature of 600oC as well as diverse scenarios of thermal and mechanical fatigue with the temperature ranging from 200−600oC. The test material was sampled from a pipe made of the X10CrWMoVNb9-2 steel, typically used to construct fresh steam pipelines. The studies focused on relations between durability under conditions of thermal-mechanical fatigue and durability in isothermal low-cycle fatigue. The results showed that low cycle durability of the material as described under isothermal conditions can be compared with durability determined in thermo-mechanical fatigue tests performed out-of-phase with a similar range of plastic strain De pl.

8

A method for the assessment of operational severity for a high pressure turbine blade of an aero-engine

Haslam A., Abu A., Laskaridis P.

Zeszyty Naukowe. Cieplne Maszyny Przepływowe - Turbomachinery / Politechnika Łódzka

|

2014

|

nr 145

49--50

EN

This paper provides a tool for the estimation of the operational severity of a high pressure turbine blade of an aero engine. A multidisciplinary approach using aircraft/engine performance models which provide inputs to a thermo-mechanical fatigue damage model is presented. In the analysis, account is taken of blade size, blade metal temperature distribution, relevant heat transfer coefficients and mechanical and thermal stresses. The leading edge of the blade is selected as the critical part in the estimation of damage severity for different design and operational parameters. The study also suggests a method for production of operational severity data for the prediction of maintenance intervals.

9

Zjawiska występujące w warstwie wierzchniej matryc stosowanych w procesie kucia koła czołowego

Gronostajski Z., Hawryluk M., Kaszuba M., Zwierzchowski M.

Inżynieria Powierzchni

|

2014

|

nr 3

38--48

PL

W pracy przedstawiono opis zjawisk zachodzących na powierzchni matryc do kucia odkuwki koła czołowego w trzech oper a cjach. Analizie poddano wkładki matrycowe (dolne) stosowane w poszczególnych operacjach, dla których średnie trwałości są następujące: I operacja – ok. 30 000 szt. odkuwek, II operacja – ok. 10 000 szt. oraz III operacja – 20 000 szt. Wskutek długotrw a łej pracy narzędzi, niezależnie od liczby odkutych odkuwek dla wkładek w poszczególnych operacjach zaobserwowano, że najbardziej intensywne ich zużywanie zachodzi w miejscu najdłuższego kontaktu z kutym materiałem. Opisane w pracy badania wykazały, że najbardziej niebezpiecznym czynnikiem, szczególnie dla matryc z II operacji, jest zmęczenie cieplno mechaniczne, które w efekcie szybko prowadzi do powstania pierwotnej siatki pęknięć na całej powierzchni kontaktu narzędzia z kutym materiałem, a wraz z upływem czasu także wtórnej siatki pęknięć. Z kolei w warstwie wierzchniej narzędzi stosowanych w I i III operacji dominujące jest zużycie ścierne powstałe na skutek intensywnego płynięcia materiału w obecności cząstek ściernych (tlenków).

EN

The paper presents a description of the phenomena occurring on the surface of front wheel forging dies in 3 operations . Bottom die inserts in individual operations, were analyzed , which the average tool lives are as follows: I operation about 30 000 pieces , II operation about 10 000 pieces and III operation 20 000 pieces. The long term work of the tool, regardless of the number of produced forgings, causes the most intensive wear in the location of the longest contact of the die with the forged material. The research proves that the most dangerous factor, especially for dies of the second operation is the thermo mechanical fatigue , which in effect quickly leads to the formation of the initial grid cracks, and with time the secondary grid cracks, on the whole contact area. On the other hand in the surface layer of the tools used in the first and third operation is the dominant of the abrasive wear caused by the i n tensive material flow with occurrence of the abrasive particles (oxides) has been discussed.

10

Analiza odporności na pękanie powłok wieloskładnikowych na bazie azotku chromu

Kacprzyńska-Gołacka J., Mazurkiewicz A., Smolik J.

Inżynieria Materiałowa

|

2014

|

Vol. 35, nr 6

500--503

PL

Zmęczenie cieplno-mechaniczne jest jednym z głównych mechanizmów niszczenia narzędzi wykorzystywanych w obróbce plastycznej na gorąco. Cykliczne zmiany temperatury pomiędzy powierzchnią a rdzeniem narzędzia w procesie eksploatacyjnym są źródłem zmiennych naprężeń cieplnych, powodujących generowanie oraz propagację siatki pęknięć. Jednoczesne działanie cyklicznie zmiennych obciążeń mechanicznych powoduje intensyfikację procesów propagacji pęknięć zmęczeniowych. Bardzo skutecznym działaniem zwiększającym wytrzymałość na pękanie zmęczeniowe matryc kuźniczych jest kształtowanie właściwości warstwy wierzchniej z wykorzystaniem hybrydowych technologii inżynierii powierzchni. W artykule przedstawiono wyniki analizy odporności na pękanie trzech różnych powłok PVD, tj. CrN, CrAlN oraz CrAlTiN otrzymanych na podłożu ze stali WLV poddanej procesowi azotowania jarzeniowego. Badane powłoki wytworzono metodą reaktywnego odparowania łukowego. Analizę odporności na pękanie wybranych powłok przeprowadzono na podstawie wyznaczonego indeksu plastyczności H3/E2 oraz wyników badań adhezji przeprowadzonych w próbie zarysowania. Wyniki analizy poddano weryfikacji w próbach eksploatacyjnych przeprowadzonych w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego. Uzyskane wyniki badań wykazały, że właściwości powłoki PVD spełniają istotną rolę w kształtowaniu odporności na pękanie warstw hybrydowych typu „warstwa azotowana/ powłoka PVD”. Analiza wyników badań adhezji przeprowadzonych w próbie zarysowania oraz analiza indeksu plastyczności powłok PVD jest skuteczną metodą oceny odporności na kruche pękanie warstw hybrydowych typu „warstwa azotowana/powłoka PVD”.

EN

Thermomechanical fatigue is one of the most important mechanism of destroying tools used in the forging industry. The cyclic temperature changes are a source of variable thermal stresses which cause the generation and propagation of thermal cracking. Simultaneous operation of cyclically variable mechanical stress causes the intensification of the fatigue crack propagation processes. Very effective operation of increasing the thermal fatigue resistance of forging dies is to shape properties of the surface layer using hybrid technology of surface engineering. In the article the author presents the analysis of the fracture toughness of three PVD coating, ie. CrN, CrAlN, CrAlTiN deposition on the steel WLV substrate subjected to nitriding process. The tested coatings were produced by the reactive arc evaporation. The analysis of the fracture toughness of selected coatings were conducted based on the H3/E2 plasticity index and the results of the adhesion tests conducted by scratch test. The results of the analysis were verified based on verifications tests conducted under thermo mechanical fatigue conditions. The results showed that the properties of PVD coatings play an important role in shaping the fracture toughness resistance of “nitrided layer/PVD coatings” hybrid layers. The analysis of the results of the adhesion tests conducted using a scratch-test and analysis of the plasticity index of the PVD coating are effective method to evaluate the fracture toughness of the “nitrided layers/PVD coatings” hybrid layers.

11

Analiza wpływu rodzaju rozruchu na przebiegi składowych naprężeń i odkształceń dla wybranego elementu grubościennego pracującego w energetyce

Marek A.

Energetyka

|

2014

|

nr 11

670--673

PL

W pracy przedstawiono wybrane wyniki porównania ze sobą dwóch rodzajów rozruchu bloku energetycznego – ze „stanu gorącego” oraz „ze stanu zimnego”. Przedmiotem analizy był zawór pary. Artykuł zawiera wyniki modelowania numerycznego wykonanego dla tego elementu. Na podstawie obliczeń stwierdzono, że bardziej niebezpiecznym, z uwagi na możliwość powstawania odkształceń plastycznych, w elementach grubościennych pracujących w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego jest rozruch ze „stanu zimnego”

EN

Presented are selected results of a comparison made between two types of a power unit start-up - the “hot” and the “cold” ones. The subject of the analysis was a steam valve and presented are results of a numerical modeling performed for this element. Ascertained is, on the basis of calculations, that the “cold start-up” is more dangerous for thick-walled elements working in thermo-mechanical fatigue conditions because of the possibility of plastic strain occurrence.

12

Wpływ długotrwałej eksploatacji na zmianę właściwości użytkowych materiału komór przegrzewaczy pary pracujących w warunkach pełzania wykonanych z martenzytycznej stali X20CrMoV11-1

Dobrzański J., Cieśla M

Prace Instytutu Metalurgii Żelaza

|

2013

|

T. 65, nr 4

23--38

PL

Praca zawiera ocenę wpływu długotrwałej eksploatacji na zmianę mikrostruktury i właściwości mechanicznych stali X20CrMoV11-1 stosowanej na komory przegrzewacza pary. Materiał do badań stanowiła stal w stanie wyjściowym i po długotrwałej eksploatacji w warunkach pełzania (powyżej 100 tys. godzin). Wyznaczono podstawowe właściwości mechaniczne, próg kruchości badanych materiałów i ich odporności na kruche pękanie (δu) w odniesieniu do stanu mikrostruktury po eksploatacji. Przeprowadzono badania laboratoryjne symulujące procesy niszczenia zachodzące w warunkach pracy obiektu. Wyznaczono trwałość i trwałość resztkową na podstawie wyników skróconych prób pełzania oraz charakterystyki zmęczenia niskocyklowego i zmęczenia cieplno-mechanicznego materiału i odniesiono do stanu mikrostruktury po eksploatacji. Próby pełzania wykonano przy stałym poziomie naprężenia σ =100 MPa oraz stałym poziomie temperatury o różnych wartościach T = 600, 620, 640, 660 i 680°C. Próby zmęczenia niskocyklowego wykonano w temperaturze pokojowej oraz 550°C, a zmęczenia cieplno-mechanicznego w zakresie zmiany temperatury od 250°C do 550°C. Uzyskane wyniki badań będą niezbędne w prognozowaniu trwałości obiektów pracujących powyżej temperatury granicznej wykonanych ze stali X20CrMoV11-1 eksploatowanych w warunkach pełzania z udziałem obciążeń cieplno-mechanicznych.

EN

This paper includes an assessment of the effect of long-term service on changes in microstructure and mechanical properties of X20CrMoV11-1 steel used for steam superheater chambers. The test specimen was steel in initial state and after long-term service under creep conditions (above 100 thousand hours). Basic mechanical properties, nil ductility transition temperature and resistance to brittle cracking (δu) with reference to the microstructural state after service were determined for the tested materials. Laboratory tests simulating the destruction processes under the plant’s working conditions were conducted. Life and residual life were determined based on the results of abridged creep tests and characteristics of low-cycle and thermo-mechanical fatigue of the material and referred to the microstructural state after service. Creep tests were carried out at constant stress of σ = 100 MPa and constant temperature with different values of T= 600, 620, 640, 660 and 680°C. Low-cycle fatigue tests were carried out at room temperature and at 550°C, while thermo-mechanical fatigue tests were carried out at a temperature changing between 250°C and 550°C. The obtained test results will be necessary for forecasting the life of plants made of X20CrMoV11-1 steel working above the limit temperature and operated under creep conditions with thermo-mechanical stresses.

13

Charakterystyki użytkowe materiału komór wylotowych przegrzewacza pary po przekroczeniu obliczeniowego czasu pracy

Cieśla M., Dobrzański J., Junak G.

Energetyka

|

2012

|

nr 1

28-38

PL

Artykuł poświęcono ocenie wpływu długotrwałej eksploatacji na właściwości mechaniczne stali X20CrMoV11.1 stosowanej na komory przegrzewacza pary. Materiał do badań stanowiła stal w stanie wyjściowym i po wieloletniej eksploatacji (>100 tys. godzin). Wyznaczono podstawowe właściwości mechaniczne, próg kruchości badanych materiałów i ich odporności na kruche pękanie (?u). Przeprowadzono badania laboratoryjne symulujące procesy niszczenia zachodzące w warunkach pracy obiektu. Wyznaczono charakterystyki krótkotrwałego (przyspieszonego) pełzania, zmęczenia niskocyklowego oraz zmęczenia cieplno-mechanicznego materiału. Próby zmęczenia niskocyklowego wykonano w temperaturze pokojowej oraz 550oC, natomiast zmęczenia cieplno-mechanicznego w zakresie zmiany temperatury 250oC-550oC. Wiedza zdobyta w tym zakresie może być pomocna przy prognozowaniu trwałości obiektów wykonanych ze stali X20CrMoV11.1 eksploatowanych w warunkach obciążeń cieplno-mechanicznych.

EN

The paper focuses on evaluating the effect of long-term service on mechanical properties of the X20CrMoV11.1 steel used for superheater chambers. The test material consisted of the steel in its initial state and after long-term service (> 100k hours. The principal mechanical properties, the thresholds of brittleness and resistance to brittle cracking (?u) were determined for the investigated material. Laboratory tests simulating the failure processes which take place in normal operating conditions were carried out. Also, the characteristics of short-term (accelerated) creep, low-cycle fatigue and thermo-mechanical fatigue of the material were determined. The low-cycle fatigue tests were performed at room temperature and at 550oC, and the thermo-mechanical fatigue tests, at a temperature range of 250oC-550oC. The knowledge acquired in this field may be useful while forecasting the life cycle of objects made from the X20CrMoV11.1 steel, which operate under thermo-mechanical loading conditions.

14

Modelowanie procesu zmęczenia cieplno-mechanicznego

Okrajni J.

Zeszyty Naukowe. Mechanika / Politechnika Opolska

|

2011

|

z. 99

123-125

EN

The main purpose of the work is the method of the description of the thermo-mechanical fatigue process of power plant components working under mechanical and thermal loading. The work focuses on the chosen component strain- stress characteristics. The FEM modelling has been used to describe the local stress- strain behaviour of the chosen power plant element. The calculations of stress distribution on the component surface show that the internal pressure induces considerably smaller values of stresses and strains in comparison with the same stresses specified for thermal loads. Thus, thermal impacts are responsible for cracks initiation and growth in areas of the greatest intensity of damage accumulation. The presented analysis is the part of the complex investigation method which main purpose is increasing the accuracy of the TMF process description and thermo-mechanical life assessment. In such situation the industrial investigations curried out in the work give the model approach and data for the comparison the real behaviour with the predictions.

15

Wpływ długotrwałej eksploatacji na charakterystyki mechaniczne stali X20CrMoV12.1 stosowanej na komory przegrzewacza pary

Cieśla M., Junak G.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 6

908-916

PL

Praca dotyczy oceny wpływu długotrwałej eksploatacji na właściwości mechaniczne stali X20CrMoV12.1 stosowanej na komory przegrzewacza pary. Materiał do badań stanowiła stal w stanie wyjściowym i po eksploatacji przez 142 tys. godzin. Wyznaczono próg kruchości badanych materiałów i ich odporności na kruche pękanie (bu). Przeprowadzono badania laboratoryjne symulujące procesy niszczenia zachodzące w warunkach pracy obiektu. Wyznaczono charakterystyki zmęczenia niskocyklowego oraz zmęczenia cieplno-mechanicznego materiału. Próby zmęczenia niskocyklowego wykonano w temperaturze pokojowej oraz w 550°C, natomiast zmęczenia cieplno- mechanicznego w zakresie zmiany temperatury 250÷550°C. Badania prowadzono na sterowanej cyfrowo maszynie wytrzymałościowej MTS-810. Wiedza zdobyta w tym zakresie może być pomocna przy prognozowaniu trwałości obiektów wykonanych ze stali X20CrMoV12.1 eksploatowanych w warunkach obciążeń cieplno-mechanicznych.

EN

The paper focuses on evaluating the effect of long-term service on the mechanical properties of X20CrMoV12.1 steel used for superheater chambers. The test material consisted of the steel in its initial state and after operating for 142 thousand hours. The tresholds of brittleness and resistance to brittle cracking (?u) were determined for the investigated material. Laboratory tests simulating the failure processes which take place in normal operating conditions were carried out. Moreover, the characteristics of low-cycle and thermomechanical fatigue of the material were determined. The low-cycle fatigue tests were performed at room temperature and at 550°C, whereas the thermomechanical fatigue tests, in the temperature range of 250÷550°C. The tests were conducted on a numerically controlled fatigue testing machine, MTS-810. The knowledge acquired in this field may be useful when forecasting the life cycle of objects made from X20CrMoV12.1 steel, which operate under thermomechanical loading conditions.

16

Ocena wytrzymałości warstwy aluminidkowej wytworzonej na stopie ŻS6U w warunkach obciążeń cieplno-mechanicznych

Cieśla M., Okrajni J.

Inżynieria Materiałowa

|

2011

|

Vol. 32, nr 4

372-375

PL

W pracy analizowano mechaniczne uwarunkowania procesu pękania warstwy aluminidkowej na stopie ŻS6U w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego. W analizach wykorzystano wyniki obliczonych numerycznie rozkładów naprężeń. Otrzymane rozkłady naprężeń umożliwiły opracowanie modeli mechanicznego zachowania warstwy by(T). Dokonano również oceny wytrzymałości elementów z aluminidkową warstwą ochronną, poddanych oddziaływaniu zmiennej w czasie temperatury i stałego obciążenia mechanicznego. Charakterystyki procesu zmęczenia warstwy mogą stanowić jeden z elementów metody oceny wpływu podstawowych własności fizycznych oraz cech geometrycznych warstw aluminidkowych, wytworzonych na elementach stosowanych w silnikach lotniczych na procesy powstawania i rozwoju pęknięć.

EN

The determinants of the cracking process of an aluminide coating on alloy ŻS6U which occurs under thermomechanical fatigue conditions have been analyzed in the study. The results of numerically calculated stress distributions were used in the analyses. The resultant stress distributions enabled the development of mechanical behaviour models of the by(T) coating. An evaluation was also made of the strength of elements with an aluminide protective layer, subjected to a variable in time temperature and to constant mechanical loading. The characteristics of the coating fatigue process may constitute one of the elements of the method to evaluate the effect of the basic physical properties and geometric features of aluminide coatings, fabricated on elements used in aircraft engines, on the processes of crack formation and growth.

17

Ocena wpływu parametrów eksploatacji elementów kotła na występujące w nich zjawisko zmęczenia cieplno-mechanicznego

Okrajni J.

Energetyka

|

2011

|

nr 11

696-703

PL

Przedstawiono zagadnienie badania zachowania się elementów poddanych zmęczeniu cieplno-mechanicznemu. Skoncentrowano się na opisie przebiegu procesu odkształcania na przykładzie wybranego obiektu pracującego w przemyśle energetycznym. Przedstawiono metodykę wyznaczania charakterystyk procesu zmęczeniowego w postaci pętli histerezy w układzie odkształcenie mechaniczne - naprężenie. Modelując zachowanie się rozpatrywanego elementu zastosowano metodę elementów skończonych. Wyniki obliczeń naprężeń i odkształceń na powierzchni rozpatrywanego elementu wykazały, że naprężenia i odkształcenia spowodowane ciśnieniem wewnętrznym są znacznie mniejsze od naprężeń i odkształceń spowodowanych obciążeniami mechanicznymi. Można na tej podstawie wyciągnąć wniosek, że za powstawanie i rozwój pęknięć w obszarach o największym wytężeniu odpowiedzialne będą w głównej mierze obciążenia cieplne. Przedstawione w pracy rozważania reprezentują fragment metodyki badań złożonych procesów zmęczenia cieplno-mechanicznego koncentrując się na modelowaniu zjawisk zachodzących w warunkach tego procesu i porównaniu wyników analizy teoretycznej z badaniami eksperymentalnymi.

EN

The main purpose of the work is the method of the description of the thermo-mechanical fatigue process of power plant components working under mechanical and thermal loading. The work focuses on the chosen component strain-stress characteristics. The FEM modelling has been used to describe the local stress-strain behaviour of the chosen power plant element. The calculations of stress and strain distribution on the component surface show that the internal pressure induces considerably smaller values of stresses and strains in comparison with the same stresses and strains specified for thermal loads. Thus, thermal impacts are responsible for cracks initiation and growth in areas of the greatest intensity of damage accumulation. The presented analysis is the part of the complex investigation method which main purpose is increasing the accuracy of the TMF process description and thermo-mechanical life assessment. In such situation investigations curried out in the work give the model approach and data for the comparison the real behaviour with the predictions.

18

Badanie zmęczenia cieplno-mechanicznego w ujęciu obowiązujących norm i jego komputerowe modelowanie

Okrajni J.

Acta Mechanica et Automatica

|

2009

|

Vol. 3, no. 3

48-60

PL

Celem pracy jest opis procesu pękania elementów pracujących w przemyśle energetycznym poddanych oddziaływaniom mechanicznym i cieplnym, których skutkiem jest zmęczenie cieplno-mechaniczne materiału w wybranych obszarach na powierzchni rozpatrywanych elementów. Poddano analizie lokalny proces odkształcania na powierzchni elementu przy użyciu MES. Wyznaczono zmienne w czasie pola naprężeń i odkształceń w urządzeniu podczas gwałtownego cyklicznego schładzania przy nieustalonych warunkach pracy. Analiza jest częścią złożonych metod badań, których głównym celem jest polepszenie dokładności opisu procesu zmęczenia cieplno-mechanicznego instalacji pracujących w energetyce oraz zastosowanie wyników badań materiałowych do oceny stanu technicznego i trwałości urządzeń.

EN

The main purpose of this work is the description of the mechanical behaviour of power plant components working under mechanical and thermal loading that cause the thermomechanical fatigue fracture in selected areas of the component surfaces. The computer modelling has been used to describe the local stress-strain behaviour of the chosen component. The stress and strain fields have been determined under thermal load- ing. Tensile thermal stresses of high values are created especially under conditions of sudden cooling during unsteady work of a power unit. The presented analysis is the part of the complex investigation method which main purpose is increasing accuracy of the TMF process description and thermo-mechanical life as- sessment.

19

Opis procesu odkształcania w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego

Okrajni J.

Górnictwo Odkrywkowe

|

2008

|

R. 49/2, nr 4-5

133-140

PL

W pracy przedstawiono wybrane problemy modelowania charakterystyk odkształcania obiektu pracującego w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego. Omówiono sposób ujęcia przebiegu odkształcania w procesie zmęczenia przy użyciu kompletowych metod modelowania elementów poddanych oddziaływaniom mechanicznym i cieplnym. Posłużono się przykładem urządzenia pracującego w bloku konwencjonalnej elektrowni.

EN

The article exemplifies chosen problems of deformation modeling of object working in fatigue thermo-mechanical conditions. The issue of deformation in the fatigue process with the use of computer aided design was also presented. The research is based on power plant equipment.

20

Rola przesunięcia fazowego pomiędzy cyklem temperatury i odkształcenia w procesie pękania w warunkach zmęczenia cieplno-mechanicznego

Marek A., Junak G., Okrajni J.

Zeszyty Naukowe Politechniki Świętokrzyskiej. Nauki Techniczne

|

2007

|

Z. 4

86-88

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań grupy stali stosowanych na urządzenia energetyczne, w których występuje zjawisko zmęczenia cieplno-mechanicznego. Badania zmęczenia cieplno-mechanicznego dla wybranych zakresów odkształcenia oraz temperatury przeprowadzono wykorzystując trzy gatunki stali: X20CrMoV12.1, P91 i P92. Wykonano testy typu IP (maksimum temperatury występuje w tym samym czasie, w którym odkształcenie osiąga maksimum) oraz dla testów typu OP (maksimum temperatury wyprzedza o kąt 180o maksimum odkształcenia) [1]. Badano wpływ kąta przesunięcia fazowego na morfologie przełomów.

EN

The paper deals with results of the fractography of creep – resisting steels under mechanical and thermal loading. The fatigue tests of X20CrMoV12.1, P91 and P92 steels were carried out. The out of phase test and in phase test [1] have been described. The influence of the displacement angle for the fracture has been tested. The different behaviour of the materials has been observed during the IP test and OP test. Intergranular fracture has been observed after IP tests. Transgranular fracture was stated after OP tests.