132 "Матеріалознавство"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/51888
Переглянути
2 результатів
Результати пошуку
Документ Вплив структурно-фазового стану на експлуатаційні характеристики металу зварних з'єднань паропроводів(2023) Гаращенко, Олена СергіївнаДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії зі спеціальності 132 – Матеріалознавство (13 – механічна інженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», МОН України, Харків, 2023. Роботу виконано на кафедрі «Зварювання» Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» за адресою: 61002, м. Харків, вул. Кирпичова 2. У дисертаційній роботі представлені результати дослідження змін структурно-фазового стану металу зварних з’єднань паропроводів теплових електростанцій, а також розробки практичних рекомендацій щодо удосконалення методик металографічного аналізу для подальшого уточненого визначення їх надійності та залишкового ресурсу експлуатації. Об’єкт дослідження – структурно-фазовий стан металу зварних з’єднань паропроводів ТЕС із теплостійких сталей перлітного класу 12Х1МФ і 15Х1М1Ф. Предмет дослідження – кількісне визначення зміни структурно-фазового стану та експлуатаційних характеристик металу зварних з’єднань паропроводів, які тривалий час експлуатуються в умовах повзучості і малоциклової втоми. Дослідження структурно-фазового стану, властивостей і пошкоджуваності металу зварних з'єднань паропроводів виконували шляхом використання відповідних методів на зразках зварних з'єднань, які були вирізані з діючих паропроводів. При проведенні експериментальних досліджень використовували, як стандартні методи і методики, що частково були удосконалені, так і оригінальні. Вивчення структури, хімічного складу і будови здійснювали з використанням методів оптичної, растрової і просвічуючої електронної мікроскопії. Проведені дослідження металу зварних з’єднань паропроводів, що довготривало працюють в умовах повзучості і малоциклової втоми, на основі фрактального аналізу і методу січних прямих ліній, дозволили створити методичну основу для оцінки змін структурно-фазового стану, який призводить до руйнування. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що на підставі теоретичних та експериментальних досліджень здобувачем: - вперше установлено відмінності фрактальних розмірностей границь структурних складових на зображеннях окремих ділянок зварних з’єднань паропроводів у залежності від часу експлуатації; - вперше при оцінці впливу структурно-фазового стану металу зварних з’єднань на залишковий ресурс враховується геометрична складність границь виділення структурних складових, яка визначається за допомогою статистичного аналізу розподілу фрактальної розмірності, одержаної з використанням клітинного методу виміру; - удосконалено кількісну оцінку нерівномірності розподілу структурних складових металу для виявлення особливостей змін структурно-фазового стану окремих ділянок ЗТВ, а також металу шва і основного металу в залежності від напрацювання в умовах повзучості; - удосконалено оцінку кількості вкраплень перліту, їх розмірів та відстаней між ними для статистично обгрунтованого визначення структурно-фазових змін металу зварних з’єднань паропроводу з урахуванням ресурсу напрацювання; - отримало подальший розвиток дослідження структурно-фазового стану металу зварних з'єднань паропроводів із теплостійких сталей перлітного класу 12Х1МФ і 15Х1М1Ф, які тривалий час (понад 280 тис. год.) експлуатуються в умовах повзучості і малоциклової втоми на базі комплексного статистичного аналізу геометричних характеристик структурних елементів. У результаті проведених досліджень розроблено рекомендації щодо визначення залишкового ресурсу експлуатації зварних з'єднань, які тривалий час експлуатуються в умовах повзучості. Результати виконаних досліджень доповнили навчальні курси «Експериментальні методи у зварюванні», «Зварювання сталей і кольорових металів», що викладаються студентам у Національному Технічному Університеті «Харківський політехнічний інститут». Результати виконання дослідження оцінено та рекомендовано до впровадження на АТ «Українські енергетичні машини». У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, наведено наукову новизну та сформовано практичне значення одержаних результатів. У першому розділі розглянуто сучасний стан і тенденції розвитку в області дослідження зварних з’єднань паропроводів, які довготривало експлуатуються в умовах повзучості і малоциклової втоми. Також представлено хімічний склад та механічні властивості сталей, що використовуються для виготовлення елементів систем паропроводів і їх зварних з’єднань. Встановлено основні вимоги до структурного стану і властивостей конструкцій зварних з'єднань, а також особливості контролю якості зварних з'єднань стосовно надійності їх роботи і визначення залишкового ресурсу. У другому розділі наведено методики, обладнання та матеріали, що були задіяні для дослідження і аналізу структурно-фазового стану та властивостей металу зварних з’єднань. Представлено також удосконалені методики кількісного аналізу структурних змін в металі досліджуваних зразків зварних з’єднань, вирізаних з діючих паропроводів, які проводили за допомогою оптичної і електронної мікроскопії. Наведено опис розробленої компютерної програми статистичного аналізу металографічних зображень металу зварних з’єднань паропроводів. У третьому розділі розглянуто питання щодо удосконалення кількісної оцінки структурних змін в металі зварних з'єднань паропроводів і котлів. Представлено результати металографічного аналізу структурних змін в металі, що відбуваються в процесі тривалої експлуатації в умовах повзучості і малоциклової втоми. Дослідження виконували на зразках зварних з’єднань зі сталей 12Х1МФ і 15Х1М1Ф, що мали різний термін напрацювання. В процесі аналізу мікроструктури шліфів різних ділянок зварних з’єднань виявлено відносний вміст структурно-фазових складових і їх розподіл за координатами зображень. Виконано порівняльний аналіз статистичних характеристик розподілу і вмісту структурних складових на ділянках металу зварних з'єднань з різним терміном напрацювання. На основі фрактального аналізу розглянуто складність контурів границь структурних складових. Статистичний аналіз результатів металографічного вивчення мікрошліфів методом січних ліній позволив одержати розподіли кількості зерен, їх розмірів та відстаней між ними. Представлено обґрунтований опис структурних змін в металі окремих ділянок зварних з'єднань. Перлітна складова значною мірою впливає на структурно-фазові перетворення в металі зварних з'єднань паропроводів, що довготривало працюють в умовах повзучості і втоми. Тому встановлено рівень неоднорідності перлітної складової в структурі зварних з'єднань. Виконувався фрактальний аналіз границь зерен перліту на основі зображень одержаних мірошліфів. Порівняльний аналіз фрактальних розмірностей границь структурних складових на зображеннях мікрошліфів ділянок ЗТВ, металу шва і основного металу реалізовано для різних термінів напрацювання. Дослідження та порівняльний аналіз виконували для ділянок ЗТВ, основного металу і зварного шва. В результаті вдалось обгрунтовано підтвердити можливість оцінки геометричної складності границь структурних складових в основному металі паропроводів та їх зварних з'єднань на основі аналізу статистичних характеристик розподілу їх фрактальної розмірності. Створено узагальнені методичні основи для обгрунтованого фрактального аналізу границь структурних складових металу зварних зеднань шляхом визначення впливу світлості пікселів зображення (за HSV-моделлю кольору) і масштабу виміру на фрактальну розмірність. Це дозволило отримати універсальне уявлення складності контурів всіх структурних складових досліджуваного зображення мікрошліфа. Таким чином стає можливим обгрунтований вибір порогової величини яскравості кольору для вивчення меж виділення областей основної складової структури – перліту. Підтверджено вплив терміну напрацювання паропроводу на структурні зміни, виражені збільшенням фрактальної розмірності, відповідно складності будови контурів структурних складових. Статистичний аналіз результатів оцінки кількості зерен структурних складових та їх розмірів для мікрошліфів досліджуваного металу, отриманих методом сікучих прямих ліній, дозволив створити науково-обґрунтовану основу для досліджень структурних змін. Встановили, що для оцінки впливу ресурсу паропроводу на структурні зміни доцільно використовувати середньоквадратичні відхилення від середньої кількості зерен та їх розмірів. У четвертому розділі наведено результати досліджень структурно-фазових змін в металі ділянок зони термічного впливу зварних з'єднань паропроводів після тривалого впливу експлуатаційних навантажень в умовах повзучості і малоциклової втоми. Виконано металографічний аналіз структурно-фазових змін в металі шва і в металі ділянок неповної перекристалізації, нормалізації, сплавлення та перегріву ЗТВ. Аналіз виконували на зразках зварних з’єднань з напрацюванням понад 280 тис. год. Встановлено відмінності серед ділянок металу шва, перегріву, нормалізації і неповної перекристалізації шляхом порівняльного аналізу статистичних характеристик розподілу досліджених ознак (кількості структурних елементів, розмірів і відстаней між ними) та фрактального аналізу складності контурів границь зерен структурних складових ЗТВ. Виявлено збільшення неоднорідності досліджених структурних елементів у наступній послідовності: ділянка металу шва, перегріву, нормалізації та неповної перекристалізації. Встановили, що для ділянки неповної перекристалізації є характерною зміна структурної неоднорідності у широкому діапазоні, як від найменших, так і до найбільших відхилень від закону рівномірного розподілу. У п’ятому розділі викладено результати досліджень впливу експлуатаційних навантажень на метал зварних з`єднань паропроводів. Розглянули особливості впливу фізико-хімічних процесів на структурно-фазові зміни, механізми повзучості і втоми, а також на експлуатаційні характеристики, пошкоджуваність і руйнування зварних з’єднань. Оцінили статистичні характеристики досліджених ознак структурно-фазового складу металу після руйнування зварних з’єднань і обґрунтували практичне використання методичних розробок по металографічному аналізу зображень металу. Визначено допустимі значення радіусів пор, в залежності від робочої температури і прогнозованого терміну експлуатації паропроводів що, дозволило доповнити методичну базу для металографічного дослідження структурно-фазового стану металу зварних з’єднань. Одержано статистичні характеристики кількості зерен, їх розмірів і відстаней між ними для зруйнованих зразків зварних з’єднань та визначено тенденції їх змін з ростом терміну експлуатації. Таким чином повноцінно доповнено методичну базу для прогнозування залишкового ресурсу експлуатації зварних з’єднань. Встановлено що потрібно враховувати виявленівідмінності металу шва, ділянок перегріву, нормалізації і неповної перекристалізації ЗТВ як за фрактальною розмірністю, так і за коефіцієнтом варіації досліджених ознак. За результатами металографічного дослідження мікрошліфів зразків методом січних ліній визначено основні ознаки для прогнозування залишкового ресурсу експлуатації зварних з’єднань паропроводів.Документ Підвищення надійності та збільшення ресурсу зварних з'єднань паропроводів і роторів турбін ТЕС(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Касьяненко, Ігор ВікторовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство (13 – Механічна інженерія). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2023. Роботу виконано на кафедрі «Зварювання» Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» за адресою: 61002, м. Харків, вул. Кирпичова, 2. Об’єкт дослідження: структурні перетворення, структурно-фазовий стан, пошкоджуваність і властивості зварних з’єднань паропроводів зі сталей 12Х1МФ і 15Х1М1Ф, а також роторів зі сталі 25Х2НМФА стосовно збільшення надійності і ресурсу їх напрацювання в умовах повзучості і втоми. Предмет дослідження: вплив фізико-хімічних процесів на структурно-фазові перетворення і формування браковочних структур в металі зварних з’єднань паропроводів, зв’язок структури зварних з’єднань паропроводів і роторів з їх властивостями і пошкоджуваністю. Дисертацію присвячено проведенню комплексних досліджень фізико-хімічних процесів, які відбуваються в металі зварних з’єднань паропроводів із сталей 12Х1МФ і 15Х1М1Ф і забезпечують структурно-фазові зміни. Наведені дослідження проводили стосовно зварних з’єднань паропроводів і роторів турбін, які довготривало працюють в умовах повзучості і втоми, а також підвищених робочих навантажень. Обґрунтували, що структурно-фазові зміни сприяють пошкоджуваності зварних з’єднань, яка відбувається за механізмами повзучості і втоми. 3 Дослідження особливостей проходження структурно-фазових перетворень надало можливість зменшити їх прояв. Наведений прояв зменшили шляхом отримання вихідної структури зварних з’єднань паропроводів і роторів з покращеними якісними характеристиками їх структури. Для такого покращення використовували удосконалені процеси зварювання, показники яких ґрунтуються на результатах моделювання зварювального нагрівання з’єднань, що виготовляються. Встановили залежність надійної експлуатації зварних з’єднань паропроводів і роторів турбін, а також їх ресурсу від структурно-фазового стану металу зварних з’єднань і наявності пошкоджень у вигляді пор повзучості і тріщин втоми. Дослідження проведені за допомогою сучасних методів аналізу структурно-фазового стану і визначення властивостей зварних з’єднань, а також з використанням моделювання зварювального нагрівання з’єднань, що виготовляються. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, поставлена мета та основні задачі дослідження, наведені основні методи дослідження і наукова новизна та сформульовано практичне значення отриманих результатів. У першому розділі на основі вітчизняного і зарубіжного досвіду обґрунтована перспективність дослідження структурно-фазового стану зварних з’єднань паропроводів із теплостійких сталей, які експлуатуються понад 270 тис. год. в умовах повзучості і втоми. У другому розділі подано опис методів, методик, обладнання і матеріалів, що використовувалися в дослідженнях. Наводиться короткий опис удосконаленої технології зварювання і моделювання зварювального нагрівання, використання яких забезпечило отримання зварних з’єднань паропроводів і роторів з покращеною структурою. Для досліджень структури зварних з’єднань використовували методи оптичної і електронної мікроскопії, а також поверхневий мікрозондовий аналіз. Загалом отримані результати структурного аналізу забезпечили оптимізацію умов отримання більш якісних зварних з’єднань паропроводів і роторів. Третій розділ присвячений дослідженню впливу структурно-фазового стану і деформації металу зварних з’єднань паропроводів, які експлуатуються понад 270 тис. год. в умовах повзучості і втоми, на їх пошкоджуваність. Четвертий розділ містить результати досліджень зв’язку структурно-фазового стану довготривало експлуатуємих зварних з’єднань з їх мікропошкоджуваністю в умовах повзучості і втоми. Запропонована шкала визначення залишкового терміну напрацювання зварних з’єднань з наявністю пошкоджуваності їх металу. П’ятий розділ присвячений теоретичному і практичному обґрунтуванню надійності роботи, а також визначенню залишкового ресурсу довготривало працюючих в умовах повзучості і втоми зварних з’єднань паропроводів та роторів турбін ТЕС і АЕС.