Ausztenites acél termo-mechanikus fárasztása

Szabó Péter János - Ginsztler János

BME Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék, Budapest

A villamosenergia-iparban használt anyagok egy része a megnövekedett terhelések következtében gyakran kisciklusú termo-mechanikus fárasztásnak van kitéve.
Az erőművek egyes szerkezeti elemei, pl. a hegesztések, csőívek, csomópontok, alátámasztások feszültséggyűjtő helyként működnek, azaz a lokális mechanikai feszültség ezeken a helyeken jóval meghaladhatja a külső terhelés nagyságát. Ezért fontos tudni, hogy hogyan viselkedik az anyag egy adott ciklikus, nagy amplitúdójú mechanikus és/vagy termikus igénybevétel esetén.

Munkánkban egy olyan kísérletsorozat eredményeit szeretnénk bemutatni, amely ezt a jelenséget modellezi laboratóriumi körülmények között. Egy a Tanszéken kifejlesztett termo-mechanikus fárasztógép segítségével ciklikus termo-mechanikus igénybevételnek tettünk ki mintákat. A minták anyagaként az erőműveknél gyakran alkalmazott
AISZ 316-os ausztenites saválló acélt választottuk. A fárasztás során meghatározott idő alatt előre beállított hőmérsékletre fűtöttük fel a mintát a rajta átvezetett villamos áram segítségével. A kívánt hőmérséklet elérésekor a mintát szobahőmérsékletű vízzel hűtöttük le. Egy ciklus egy fűtésből és egy hőlökés jellegű hűtésből állt.

Mivel a minták szilárd mechanikai befogással rendelkeztek, a meggátolt hőtágulás következtében mechanikai feszültség lépett fel a mintán. Ennek ciklikus ismétlődése az anyag tönkremeneteléhez vezetett. Tönkremenetelként azt az állapotot definiáltuk, amikor az átlagos repedéshossz elérte az ún. mérnöki repedésméretet (0,1 mm). Az ehhez tartozó ciklusszámot tekintettük az anyag élettartamának.

Ezt követően az élettartam különböző százalékainak megfelelő ciklusszámig fárasztottunk mintákat. A károsodás előrehaladását hagyományos metallográfiai eszközökkel, szakítóvizsgálattal, valamint a töretfelületek elemzésével követtük nyomon. E folyamat mikroszerkezeti hátterét pásztázó illetve transzmissziós elektronmikroszkóppal vizsgáltuk.

Megállapítottuk, hogy az első repedések kb. 500 ciklus után jelentek meg. 4000 ciklus után az anyag gyakorlatilag tönkrementnek volt tekinthető, hiszen az átlagos repedésméret elérte a 0,1 mm-t. A repedések általában a szemcsehatárok mentén terjedtek. A kezdetben viszonylag alacsony diszlokáció sűrűségű anyagban egyre több díszlokáció jelent meg, amelyek sávokba rendeződtek. A szemcsehatárokon pedig karbidkiválások keletkeztek, amelyeket csak transzmissziós elektronmikroszkóppal lehetett megfigyelni.

Irodalom:

J. Ginsztler, A. Penninger, L. Szeidl, P. Várlaki: Stochastic Modelling of Stress Processes in Power Plant Boil Walls, Int. J. of Pressure Vessel and Piping (62) 1996 p. ) )9-)24.
P. J. Szabó - T. Ungár.: Investigation of the Dislocation Structure and Long-Range Internal Stresses Developing in an Austenitic Steel During Tensile Test and Low Cycle Fatigue, Periodica Polytechnika, vol. 40. no. 2. pp. 113-120, 1996.

VISSZA