Operational damage to steam turbine rotor elements as a result of contact fatigue

Проаналізовано причини експлуатаційних пошкоджень в дисках роторів парової турбіни на двох об’єктах енергетики. Показано, що сумісний вплив концентраторів напружень та технологічного середовища сприяли зародженню в них тріщин контактної втоми та їх поширенню внаслідок корозійної втомиThe causes of operational damage in steam turbine rotor disks at two energy facilities are analyzed. It was shown that the combined influence of stress concentrators and the technological environment contributed to the initiation of contact fatigue cracks in them and their propagation due to corrosion fatigu

Аналіз технічного стану сталевих виливок кронштейнів реактивної штанги для автобусів

Проаналізовано технічний стан металу неексплуатованих кронштейнів, виявлено невідповідність їх механічних властивостей регламентованим вимогам. Встановлено, що за вмістом основних елементів сталь кронштейна № 1 відповідає хімічному складу сталі 30Л, а кронштейна № 2 – сталі 50Л, але через вміст 0,5 мас. % Cr її слід віднести до сталі 50ХГЛ. Показано, що відносне видовження δ металу кронштейнів, яке змінювалося від 1.8 до 3,3%, та границя міцності були нижчими регламентованого рівня. Згідно з вимогами для обох сталей-аналогів, регламентованими ДСТУ 8781:2018, найнижче значення δ досягається після нормалізації з відпуском (для сталі 50ХГЛ воно становить 5%, а для 50Л – 11%), а значення ψ для сталі 50ХГЛ не регламентуєть, а для сталі 50Л – має бути не нижчим за 20%. Низькі значення δ та співвідношень між границями плинності та міцності σYS / σUTS, свідчать про низький запас пластичності металу кронштейнів і відповідно високу ймовірність їх непрогнозованого крихкого руйнування під час експлуатації. Враховуючи те, що аналізовані елементи відповідальні за безпечне керування автобусом, то повинні мати високий опір крихкому руйнуванню. Встановлено, що ударна в’язкість металу кронштейнерів № 1 та № 2 становила 100 та 70 KJ/m2 відповідно. Отримані значення є нижчими (у 2,5 раза) за регламентовані для такого типу сталей (оскільки для сталі 50ХГЛ значення KCV не регламентовані, то за прототип взяли вимоги до сталі 50Л). Проведено атестацію металу виливків кронштейнів для автомобільного транспорту. Рекомендовано необхідність обов’язкового вхідного контролю литва, що включає візуальний контроль їх поверхні щодо відповідності виявлених дефектів вимогам до якості виливок, вибірковий контроль на наявність внутрішніх дефектів і їх відповідність вимоги, а також визначення хімічного складу виливок однієї плавки та їх механічних властивостей як основа для забезпечення їх роботоздатностіThe technical state of the unexploited steels bracketsʼ metal has been analyzed. Their mechanical properties inconsistency with the regulated requirements has been revealed. It has been shown that the elongation δ of the bracket metal, which varied from 1.8 to 3.3%, and the yield strength were lower than the regulated level. The low values of δ and obtained ratios of yield strength to ultimate tensile strength (σYS / σUTS) indicate a low ductility reserve of the bracket metal, consequently posing a high risk of unforeseen brittle fracture during operatio

Встановлення причин дочасного експлуатаційного пошкодження лопатки ротора парової турбіни

Проаналізовано структурно-механічний стан металу лопатки парової турбіни та встановлено найімовірніші причини її руйнування. Показано, що за механічними властивостями при випробуваннях розтягом і на удар сталь 15Х11МФ задовольняє вимоги регламентованих документів. Невідповідність цим вимогам виявили лише за відносним видовженням сталі, що вважали ознакою її низького запасу пластичності. Показано, що відносне видовження δ металу лопатки змінювалось від 7.4 до 11,5%, і було нижчим за регламентований рівень. Низькі значення δ та отримані значення співвідношень між границями плинності та міцності σYS / σUTS, які змінювались у межах від 0,8 до 0,89, свідчить про низький запас пластичності металу лопатки, що сприяло його розтріскуванню під дією робочих навантажень. Встановили, що середні значення твердості сталі 15Х11МФ на поверхнях пера лопатки становили 264 та 260 НВ, а на поверхні хвостовика – 260 НВ. На основі цих замірів констатували, що твердість сталі 15Х11МФ по довжині лопатки змінювалася неістотно, що свідчить про рівномірність прогартовування й відпуску лопатки під час її термічного оброблення. Металографічним аналізом встановили, що сталь 15Х11МФ пера лопатки має структуру сорбіт-подібного перліту, який спадкував морфологію пакетів з паралельних кристалів мартенситу, що властиво такого типу гартованим сталям після високого відпуску. Відзначили достатньо рівномірний розподіл за розмірами кристалів у лопатці, що, очевидно, зумовлено рівномірним розподілом колишніх зерен аустеніту за розмірами, в межах яких формувалися кристали мартенситу (середній розмір зерна становив 52 мкм). Відзначили макронеоднорідність структури поверхнево-зміцненого шару на вхідній крайці лопатки, отриманого методом ЕІЛ, пористість та нерівномірність розподілу карбідів тугоплавких елементів у поперечному перерізі. В околі основного металу лопатки тугоплавкі карбіди вольфраму або інтерметаліди (типу Fe7W6) розташовувалися у вигляді оторочки вздовж меж стовпчастих високолегованих хромом феритних зерен. Виявлено пори в поверхнево-зміцненому шарі лопатки, які спричинили низьку адгезію шару з основним металом лопатки, а також стали осередками зародження тріщин. Висока концентрація напружень (пори і мікротріщини в поверхнево-зміцненому шарі лопатки) та контакт металу лопатки з робочим середовищем, сприяли корозійно-втомному докритичному росту тріщини у поперечному перерізі її пера аж до наскрізного руйнування.The technical condition of the metal of the steam turbine blade was analyzed and the reasons for its fracture were established. It was shown that the relative elongation δ of the blade metal varied from 7.4 to 11.5%, and was lower than the regulated level. The low values of δ and the obtained values of the ratio between yield strength and ultimate tensile strength σYS / σUTS, which varied from 0.8 to 0.89, indicate a low margin of plasticity of the blade metal, which contributed to its cracking under the action of working loads. Metallographic analysis revealed pores in the surface-hardened layer of the blade. They caused low adhesion of the layer with the base metal of the blade, and also of crack initiation. The high stress concentration and the contact of the blade metal with the working medium contributed to the growth of a subcritical corrosion-fatigue crack in the cross-section up to its complete destruction