1) генератором высокотемпературного газового потока;
2) испытательной камерой (черт.3);
3) контрольно-измерительной аппаратурой;
4) системой автоматического управления режимом теплового нагружения.
Схема испытательной камеры
1 - образцы; 2 - бобышка для установки термопары газового потока; 3 - упор
Черт.3
3.2. Испытательное оборудование должно обеспечивать возможность моделирования реальных условий эксплуатации элемента конструкции из испытуемого материала.
3.3. Применяемое для нагрева (охлаждения) образцов оборудование должно обеспечивать возможность реализации требуемых режимов теплового нагружения образцов (длительность цикла, скорость нагрева и охлаждения).
3.4. Режим теплового нагружения должен поддерживаться автоматически.
3.5. Конструкция нагревательного устройства должна обеспечивать равномерное по высоте распределение температуры в рабочей части образца , (см. черт.1).
3.6. Конструкция испытательной камеры должна обеспечивать установку образцов незащемленными, чтобы предотвратить неконтролируемое стеснение теплового расширения материала.
3.7. Для измерения температуры газового потока применяют платино-платинородиевые и вольфрам-вольфрамрениевые термопары типов ТПП и ТВР по ГОСТ 3044.
Для измерения температуры образцов применяют хромель-алюмелевые термопары типа ТХА по ГОСТ 3044.
3.7.1. Конструкция термопар должна обеспечивать быстродействие измерения, соответствующее скорости изменения температуры газового потока и клиновидного образца.
Рекомендуется применять термопары с термоэлектродами диаметром 0,5 мм для измерения температуры газов и 0,2 мм - для измерения температуры образцов.
3.7.2. В качестве вторичных приборов применяют электронные самопишущие потенциометры класса точности не ниже 0,5 со временем прохождения указателем всей шкалы 1 с.
3.7.3. При измерении температуры образцов в процессе термометрирования должна осуществляться синхронизация показаний термопар, регистрирующих температуру реперных точек образца и газового потока.
3.7.4. Термопара газового потока устанавливается на расстоянии не более 20 мм от кромок первого ряда образцов в центре испытательной камеры (см. черт.3).
3.8. Допускается измерение и регистрация температуры газового потока и образцов при помощи аппаратуры, отличной от указанной в п.3.7, при условии соблюдения требований по точности и синхронности измерений.
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
4.1. В пределах намеченной серии испытаний режим нагружения, химический состав газового потока и признак разрушения должны быть одинаковыми.
4.2. Контроль и регистрация температуры газового потока осуществляется в течение всего процесса испытаний.
Отклонение температуры газового потока в цикле от заданной по условиям испытаний не должно превышать 2% при температуре до 500 °С и 1,5% - свыше 500 °С. Отклонение длительности полуциклов нагрева и охлаждения от заданных по условиям испытаний не должно превышать 2%.
4.3. Основным признаком разрушения при термоусталости является появление сквозной трещины в кромке длиной 0,5 мм. При образовании сетки трещин в качестве признака разрушения принимают сквозные трещины длиной более 0,5 мм, которые продолжают интенсивно расти при последующем термоциклировании (магистральные трещины).
4.3.1. При оценке термоусталости собственно жаростойкого покрытия в качестве признака разрушения принимается трещина термической усталости длиной, равной толщине покрытия.
4.3.2. Длину трещин идентифицируют и измеряют при осмотре образцов с применением оптических средств контроля. Результаты измерения длины трещин регистрируют в протоколе испытаний (приложение 6).
4.3.3. Если непрерывный контроль состояния поверхности образца и измерение длины трещин невозможны по условиям испытаний, допускаются паузы для осмотра образцов.
Периодичность осмотра определяется параметрами нагружения, коррозионной активностью газового потока, ожидаемой долговечностью образца и требуемой точностью определения долговечности.
4.4. Образцы испытывают до момента выявления трещин, отвечающих требованиям п.4.3, или до базового числа циклов.
4.5. Образцы, если это не определено условиями испытаний, размещают таким образом, чтобы они подвергались одинаковым воздействиям. Для исключения систематической погрешности, обусловленной отклонением параметров газового потока в пределах допуска, образцы следует периодически менять местами.
4.6. Количество образцов на каждый уровень варьирования параметров цикла нагружения должно быть не менее трех. Допускается проводить испытания без дублирования опытов при условии, что для построения одной кривой термоусталости испытывается не менее 10 образцов.
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Исходные данные и результаты испытаний каждого образца фиксируют в протоколе испытаний (приложение 7), а результаты испытаний серии испытания образцов - в сводном протоколе испытаний (приложение 8).
5.2. Характеристики термоусталости определяют по длительности нагружения (числу циклов, времени нагружения) до образования трещины, принятой в качестве признака разрушения по п.4.3.
5.2.1. Если первоначально обнаруженная трещина имела длину, превышающую значение, принятое по п.4.3, число циклов (время) до разрушения определяется линейной экстраполяцией кривой роста трещины на длину, принятую в качестве признака разрушения по п.4.3 (черт.4) с учетом характера дальнейшего роста трещины на основании не менее трех измерений, но не менее числа циклов последнего осмотра, при котором длинная трещина не была обнаружена.
Схема экстраполяции кривой роста трещин на длину, принятую в качестве признака разрушения
Черт.4
5.3. По результатам испытаний на термоусталость строят кривые термоусталости в логарифмических или полулогарифмических координатах: число циклов до образования трещины - размах деформаций 2 или напряжений 2 .
При обработке результатов испытаний фиксируют:
1) максимальную и минимальную температуру кромки образца в цикле;
2) частоту (длительность) цикла;
3) асимметрию цикла по деформациям или напряжениям ;
4) тип топлива и концентрацию других агрессивных компонентов;
5) параметры, характеризующие особенности структуры и анизотропию свойств материала;
6) характеристику покрытия (тип, толщина).
5.3.1. Результаты испытаний исключаются:
при превалирующем коррозионном или эрозионном повреждении;
при сколе покрытия в рабочей части образца до образования трещины термической усталости.
5.3.2. При проведении исследовательских испытаний допускается обобщение результатов в координатах, отличных от указанных в п.4.2.
5.4. Кривые термической усталости строят методом графического интерполирования экспериментальных результатов по ГОСТ 25.502 или по способу наименьших квадратов.
5.5. Общие требования к статистической обработке испытаний определены ГОСТ 25.502.
6. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
6.1. Оборудование, используемое при проведении испытаний, должно соответствовать общим требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.003.
6.2. При проведении испытаний уровни опасных и вредных факторов в производственных помещениях и на рабочих местах не должны превышать величин, установленных ГОСТ 12.1.003 и ГОСТ 12.1.005.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
ПОЯСНЕНИЯ К ТЕРМИНАМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ В СТАНДАРТЕ
Термическая усталость - процесс накопления повреждений, приводящих к разрушению материала при циклических теплосменах от действия термических самоуравновешенных по сечению и структурных циклических напряжений.
Термические напряжения - напряжения, возникающие вследствие статической неопределенности при неравномерных нагревах и охлаждениях образцов, на которые наложены внешние механические связи.
Рабочая часть образца - участок образца, в точках которого, равноудаленных от кромки образца, в любой момент времени нагрева (охлаждения) наблюдается отклонение температур не более 1%.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ КРОМКИ КЛИНОВИДНОГО ОБРАЗЦА
Приспособление предназначено для шлифования закругленной кромки клиновидного образца с точностью не ниже 10-го квалитета ГОСТ 25347.
Принцип действия приспособления основан на вращении образца вокруг центра и расположения образующей абразивного круга на удалении от оси вращения образца, равном требуемому радиусу закругления (черт.5).
1 - опора; 2 - стол шлифовального станка; 3, 4 - полуоси; 5 - образец
Черт.5
Конструкция приспособления изображена на черт.6.
Черт.6
Опора приспособления 1 устанавливается на столе плоскошлифовального станка. В опоре соосно расположены две полуоси 3 и 4. Образец 5 устанавливается в полуосях в клиновидных пазах 6, выполненных с углом раствора, равным углу раствора образца. Геометрические размеры пазов и их положение относительно оси вращения полуосей 3 и 4 определяются с учетом угла раствора образца и требуемого радиуса его закругления. Образец фиксируется при помощи прижимов 7. Вращение образца, закрепленного в полуосях, осуществляется при помощи рукоятки 8 и шестерни 9, установленной на полуоси 4. Для ограничения угла поворота образца на полуоси 3 имеется выступ, который в крайних положениях соприкасается со сменным упором 10, установленным на опоре 1. Размеры сменного упора выбираются в соответствии с углом клиновидного образца. Абразивный круг выставляется при помощи мерительных плиток таким образом, чтобы расстояние от стола до нижнего края круга составило
,
где - расстояние от оси вращения полуоси до стола 2, определенное при помощи индикатора и мерительных плиток с точностью 0,01 мм;
- требуемый радиус закругления кромки модели.
Шлифовку закругленной кромки клиновидного образца выполняют, вращая рукоятку 8.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Справочное
КЛИНОВИДНЫЙ ОБРАЗЕЦ ДЛЯ УСТАНОВКИ ТЕРМОПАР
Черт.7
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Рекомендуемое
АЛГОРИТМ И ПОДПРОГРАММА ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО
И ТЕРМОНАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КЛИНОВИДНОГО ОБРАЗЦА
1. Алгоритм расчета теплового и термонапряженного состояния клиновидного образца при нестационарном тепловом воздействии построен на базе экспериментального определения граничных условий теплообмена 1-го рода и численного решения задач теплопроводности и термоупругости для среднего пo высоте сечения образца.
2. Для решения задачи численными методами и обеспечения требуемой точности расчета рекомендуется неравномерное разбиение сечения образца на блоки таким образом, чтобы размер блоков в области максимальных градиентов температуры, т.е. в области кромки образца, был достаточно мал.
Пример разбиения клиновидного образца на блоки приведен на черт.8.
Схема членения сечения клиновидного образца на блоки
Черт.8
Границы блоков образуются равномерно нанесенными лучами клина и неравномерно распределенными дугами окружности радиуса . Радиус границы первого блока определяют из условия равенства площади и , т.к. закругление кромки заменяется эквивалентными по площади элементами принятой формы и определяется по формуле
,
где - радиус закругления кромки образца;
- угол раствора клиновидного образца в радианах.
Радиусы границ блоков выбирают из соображения упрощения решения задачи теплопроводности и вычисляют по формуле
,
где - коэффициент, определяющий шаг сетки по хорде;
- длина хорды клиновидного образца (или (черт.1) в случае образца с прорезью);
- число блоков по длине хорды образца (выбирается произвольно).
3. Граничные условия теплообмена первого рода задаются в виде значений температуры в центрах тяжести (ц.т.) граничных блоков и интерполируются графическим или аналитическим методами на основании результатов измерения температуры поверхности образца в реперных точках. Радиусы ц.т. граничных блоков вычисляют по формуле
.
4. Для определения температурных полей по сечению клиновидного образца при симметричном относительно боковых граней теплообмене с внешней средой может быть использовано решение нелинейного уравнения нестационарной теплопроводности в конечно-разностной постановке, основанное на методе элементарных тепловых балансов.
Для граничных условий 1-го рода оно может быть записано в виде:
,
где - температура , -го блока в начальный момент времени ;
- температура , -го блока в момент времени ;
- температура смежных блоков в момент времени ;
и -
отношение размера границы теплообмена смежных блоков к расстоянию между их центрами тяжести в направлении по и , соответственно;
- число блоков по углу половины сечения образца (выбирается произвольно);
, - критерий Фурье;
