كيف يؤثر الضغط المتبقي في مصبوبات المكره على عمر التشغيل الطويل للمكره

المسبوكات شفرة المكره ، قلب آلات السوائل، غالبًا ما تعمل في بيئات تشتمل على سرعات عالية، وضغوط عالية، ووسائط مسببة للتآكل، ودرجات حرارة متقلبة. أثناء الخدمة، تتعرض الدفاعات لأحمال معقدة، بما في ذلك الضغوط الطاردة المركزية والهيدروليكية والحرارية. ومع ذلك، بالإضافة إلى هذه الأحمال الخارجية، يكمن تهديد خفي داخل طاقم الممثلين: الإجهاد المتبقي. الإجهاد المتبقي هو نظام إجهاد ذاتي التوازن يتم إنشاؤه داخليًا عن طريق الانكماش غير المتساوي أو تغيرات الحجم أثناء التحولات الطورية وعمليات المعالجة الحرارية. بالنسبة لمصبوبات المكره المعقدة هندسيًا، فإن وجود الإجهاد المتبقي له تأثير حاسم على عمر التشغيل طويل المدى والسلامة الهيكلية للمكره.

الرابط المباشر بين الإجهاد المتبقي ومخاطر التكسير

تحريض الشقوق الصب

تعد المستويات العالية من إجهاد الشد المتبقي هي القوة الدافعة الأساسية وراء التشققات الساخنة والباردة في المسبوكات. في مصبوبات دافعة الشفرة، تعد الواجهة السميكة بين الشفرة والمحور (المحور/الكفن) والتغيرات الهندسية المفاجئة مناطق عالية الخطورة لتركيز الإجهاد المتبقي.

إجهاد الشد المتبقي: إذا تجاوز إجهاد الشد الداخلي قوة خضوع المادة أو قوة الشد، فقد يؤدي ذلك إلى حدوث تشققات كبيرة فورية أو متأخرة حتى في الحالة الثابتة بعد الصب.

تأخر التكسير: خاصة بالنسبة لبعض السبائك، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي أو بعض السبائك القائمة على النيكل، يمكن أن يؤدي الإجهاد المتبقي المقترن بالتقصف الهيدروجيني إلى تأخير التكسير. غالبًا ما يكون من الصعب اكتشاف هذا العيب أثناء فحص المصنع، ولكنه قد يؤدي إلى فشل مفاجئ في وقت مبكر من عمر خدمة المكره.

تأثير تراكب الإجهاد

بعد تشغيل المكره، يتم فرض ضغوط الشد المتبقية على ضغوط التشغيل الخارجية.

تركيز الإجهاد: يصل ضغط الطرد المركزي الناتج عن المكره أثناء الدوران عالي السرعة إلى الحد الأقصى عند جذر الشفرة. إذا كان هناك أيضًا إجهاد شد متبقي كبير في هذه المنطقة، فإن الضغط الإجمالي المحلي الناتج يمكن أن يتجاوز بكثير حد سلامة المادة.

الخضوع والتشوه: قد تتسبب الضغوط المتراكبة في دخول مادة موضعية إلى مرحلة التشوه البلاستيكي قبل الأوان، مما يؤدي إلى تشويه هندسي للدافع، وتعطيل توازنها الديناميكي، وفي النهاية يسبب اهتزازًا شديدًا وتلفًا للمحمل.

تأثير الإجهاد المتبقي على حياة التعب وسلوك التآكل

انخفاض كبير في التعب الحياة

تعمل مصبوبات المكره ذات الشفرات في الغالب تحت أحمال متناوبة، ويعد عمر الكلال الخاص بها مؤشرًا رئيسيًا للموثوقية على المدى الطويل.

تسريع بدء صدع التعب: يزيد إجهاد الشد المتبقي بشكل فعال من متوسط ​​الإجهاد لدورة الإجهاد. وفقًا لمعايير تعب جودمان أو هاي، فإن الزيادة في متوسط ​​الإجهاد تقلل بشكل كبير من حد إجهاد المادة، مما يؤدي إلى تسريع بدء صدع التعب عند العيب.

القوة الدافعة لنمو التعب: يوفر إجهاد الشد المتبقي قوة دافعة إضافية للشقوق الصغيرة التي بدأت، مما يؤدي إلى انتشارها عبر المناطق الحاملة للأحمال الحرجة للدافع بمعدل أعلى، مما يؤدي إلى فشل الكلال المبكر.

تكسير التآكل الناتج عن الإجهاد المتسارع (SCC)

العديد من مصبوبات الدفاعة، خاصة تلك المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ المزدوج، مطلوبة للعمل في الوسائط المسببة للتآكل (مثل محاليل الكلوريد).

حساسية SCC: التكسير الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC) هو وضع فشل ناجم عن التأثيرات المشتركة للتآكل وإجهاد الشد. إن إجهاد الشد المتبقي وحده يكفي لتكوين حالة الإجهاد اللازمة لـ SCC.

التأثير الأنودي المحلي: قد تصبح حدود الحبوب أو البنى المجهرية في المناطق ذات الإجهاد المتبقي العالي أكثر نشاطًا، وتشكل أنودات محلية. يؤدي ذلك إلى تسريع التآكل الكهروكيميائي ويسبب حدوث تشققات هشة بسرعة عند درجات حرارة أقل بكثير من قوة خضوع المادة. وهذا أمر خطير للغاية بالنسبة للدفاعات المصنوعة من السبائك المقاومة للتآكل المستخدمة في التطبيقات البتروكيماوية والبحرية.

التحكم النقدي في الإجهاد المتبقي في عملية الصب

يعد التحكم في الإجهاد المتبقي في مصبوبات دافعة الشفرة إحدى المهام الأساسية لمهندسي الصب.

ضرورة المعالجة الحرارية: عادةً ما يتم استخدام التلدين لتخفيف الإجهاد أو معالجات المحاليل المحددة لتحرير أو إعادة توزيع الضغوط المتبقية. يعد التحكم الدقيق في معدل التسخين ووقت الاحتفاظ ودرجة الحرارة ومعدل التبريد أمرًا بالغ الأهمية لتجنب إدخال ضغوط حرارية جديدة أو التأثير على البنية الدقيقة للمادة.

تحسين التصلب والتبريد: من خلال تحسين تصميم القالب ومعدلات التبريد، مثل استخدام قشعريرة أو التحكم في درجة حرارة القالب الساخن، يمكن تحقيق التصلب المتزامن والتبريد الموحد عبر جميع مكونات المكره، مما يقلل من الضغوط المتبقية عند مصدرها.