آلیاژی، آزمایش‌های

شکل ‏۴۱۷ گام‌های حل برای یک چرخه کاری توربین فصل ۵: تعیین خواص مکانیکی جنس روتور تعیین خواص مکانیکی جنس روتور
۵-۱ مقدمه در این فصل شیوه شناسایی جنس روتور توربین گاز و استخراج پارامترهای آن به منظور استفاده در تحلیل المان محدود بیان می‌شود. معادلات متشکله که رفتار مواد را بیان می‌کنند، دارای ضرایبی هستند که به آن‌ها ضرایب مشخصه۱۱۸ یا ثابت‌های ماده می‌گویند. این ثابت‌ها به جنس ماده و دما بستگی دارند. بنا‌براین برای تحلیل رفتار مواد نیاز است تا این ثابت‌ها را از آزمایش‌های مختلف به‌دست آورد. در این فصل روش‌های تعیین این ثابت‌ها از آزمایش‌های مختلف بیان شده است. همچنین آزمایش‌های صورت گرفته و نتایج حاصل نیز به تفصیل بیان شده‌اند.
۵-۲ شناسایی جنس روتور توربین گاز جنس روتور توربین گاز مورد مطالعه فولاد آلیاژی با نام تجاری ۱-۱/۴CrMoV می‌باشد. این فولاد از دسته فولادهای کم‌آلیاژ است که در دهه‌های گذشته در ساخت روتور توربین‌های گاز و بخار کاربرد داشته است. امروزه این فولاد در ساخت روتور توربین گاز به‌کار نمی‌رود و کاربرد فعلی آن برای اتصالات توربین‌ها می‌باشد.
با جستجو در میان فولادهای آلیاژی با استفاده از مرجع کلید فولاد مشخص گردید که عناصر تشکیل‌دهنده و درصد هر یک از اجزاء برای فولاد آلیاژی روتور مطابقت خوبی با فولاد آلیاژی ۲۱CrMoV5-7 دارد[۵۳]. عناصر تشکیل‌دهنده فولاد آلیاژی ۱-۱/۴CrMoV و فولاد آلیاژی ۲۱CrMoV5-7 به همراه درصد آنها در جدول ۵-۱ با یکدیگر مقایسه شده‌اند. جدول ‏۵۱ ترکیب شیمیایی و درصد عناصر روتور و فولاد۲۱CrMoV5-7 ترکیب شیمیایی [ Wt% ]
ماده
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
Ni
V
۲۱CrMoV5-7 (1.7709)
۰.۱۷-۰.۲۵
<۰.۴
۰.۴۰-۰.۸
<۰.۰۳
<۰.۰۳
۱.۲-۱.۵
۰.۵۵-۰.۸
<۰.۶
۰.۲۰-۰.۳۵
۱۱/۴CrMoV (Rotor)
۰.۱۹
۰.۳۶
۰.۴۸
۰.۰۰۶
۰.۰۰۷
۱.۲۹
۰.۹۳
۰.۴۷
۰.۳۲
برای فولاد ۲۱CrMoV5-7 خواص مکانیکی آن از مرجع کلید فولاد در جدول ۵-۲ آمده است[۵۳]. جدول ‏۵۲ خواص مکانیکی برای فولاد ۲۱CrMoV5-7 از مرجع کلید فولاد
Material data sheet
 
 
 
 
 
Material number
 
۱.۷۷۰۹
 
 
 
Country Germany
 
Designation ۲۱CrMoV5-7  
Standards
 
DIN EN 10269
 
 
 
 
 
 
 
 
Density
 
 
 
 
 
  ۷.۸۵
kg/dm3  
Specific heat
 
 
 
 
 
  ۴۶۰
J/(g*K) ۲۰ °C
Heat conductivity
 
 
 
 
 
  ۳۳
W/(K*m) ۲۰ °C
Mean thermal expansion coefficient
 
 
 
  ۱۴.۱E10e-06
۱/K ۲۰-۶۰۰ °C
Modulus of elasticity
 
 
 
 
 
  ۱۲۷۰۰۰
N/mm2 ۶۰۰ °C
  ۱۶۴۰۰۰
N/mm2 ۵۰۰ °C
  ۱۷۷۰۰۰
N/mm2 ۴۰۰ °C
  ۱۸۶۰۰۰
N/mm2 ۳۰۰ °C
  ۱۹۶۰۰۰
N/mm2 ۲۰۰ °C
  ۲۰۴۰۰۰
N/mm2 ۱۰۰ °C
  ۲۱۱۰۰۰
N/mm2 ۲۰ °C
Tensile strength
 
 
 
 
 
  ۷۰۰-۸۵۰
N/mm2 ۲۰ °C
Elongation after fracture
 
 
 
 
  ۱۶%
۲۰ °C
Reduction of area
 
 
 
 
 
  ۶۰%
۲۰ °C
۰.۲% yeild stress
 
 
 
 
 
  ۳۵۰
N/mm2 ۵۰۰ °C
  ۴۱۰
N/mm2 ۴۰۰ °C
  ۴۶۰
N/mm2 ۳۰۰ °C
  ۵۰۰
N/mm2 ۲۰۰ °C
  ۵۳۰
N/mm2 ۱۰۰ °C
  ۵۴۲
N/mm2 ۵۰ °C
 
 
۵۵۰
N/mm2
 
۲۰ °C با توجه به عدم وجود اطلاعات از خواص پلاستیک، خزش و آسیب این آلیاژ نیاز است که خواص مکانیکی مورد نیاز برای تحلیل را با انجام آزمایش‌های لازم استخراج نمود. به همین منظور برای تعیین ضرایب پلاستیک آزمون کشش ساده، برای تعیین پارامترهای آسیب آزمون کشش دوره‌ای و برای تعیین پارامترهای خزش آزمون رهایش۱۱۹ بر روی آلیاژ فولاد ۲۱CrMoV5-7 انجام گردید. البته لازم به ذکر است که برای تعیین ضرایب پلاستیک و پارامتر آسیب، استفاده از آزمون خستگی کم‌چرخه به صورت کشش-فشار نتایج بهتری را ارائه می‌دهد، اما به علت عدم دسترسی به دستگاه آزمون کشش-فشار، در این تحقیق آزمون کشش به همراه باربرداری مورد استفاده قرار گرفت.
۵-۳ آزمون کشش ساده و دوره‌ای با استفاده از آزمون کشش ساده می‌توان پارامترهای مدل سختی سینماتیکی غیرخطی را تعیین نمود. همچنین به کمک باربرداری الاستیک می‌توان میزان آسیب ناشی از تغییر شکل پلاستیک را تعیین نمود. آزمون کشش در چهار دمای ۲۵، ۲۵۰، ۴۵۰ و ۵۵۰ درجه سانتیگراد برنامه‌ریزی شد. برای هر دما ابتدا یک آزمون کشش ساده انجام شد تا منحنی تنش-کرنش تعیین گردد. سپس برای ه ر آزمون، چهار سیکل بارگذاری و باربرداری مطابق شکل ۵-۱ انجام شد.
شکل ‏۵۱ نمودار تنش-کرنش در آزمون کشش دوره‌ای
آزمون کشش بر اساس استاندارد DIN-EN10002-1 انجام گرفت. برای هر دما، دو نمونه آزمون بر اساس این استاندارد تهیه شد. شکل ۵-۲ نمونه‌ آزمون ساخته شده و نمونه آزمون استاندارد را نشان می دهد.
شکل ‏۵۲ نمونه‌ آزمون ساخته شده و نمونه آزمون استاندارد
۵-۳-۱ نتایج آزمون‌ کشش نتایج به دست آمده از آزمون‌های کشش در جدول ۵-۳ آورده شده‌اند.
جدول ‏۵۳ مشخصات آزمون‌های کشش و نتایج آن
Test]]>

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *