W jakiej konkretnej kombinacji cykli termicznych o wysokiej-częstotliwości i wibracji mechanicznych osłona ze stali nierdzewnej 316 o grubości 2,0 milimetra wykazuje gorszą trwałość zmęczeniową w porównaniu z osłoną o grubości 1,2 milimetra w przemysłowych grzejnikach procesowych?
Zostaw wiadomość
Dla inżynierów zajmujących się niezawodnością elektrycznych grzałek zanurzeniowych stosowanych we wtryskarkach, sprężarkach tłokowych i układach oleju termicznego połączenie cykli termicznych z wibracjami mechanicznymi generuje skomplikowany stan zmęczeniowy, rzadko ujmowany w testach jednomodowych. Intuicja podpowiada nam, że grubsza osłona 316 o grubości 2,0 mm powinna zawsze wytrzymać dłużej niż cieńsza osłona o grubości 1,2 mm poddawana cyklicznym obciążeniom. Jednak sytuacja jest odwrotna, gdy cykle termiczne o wysokiej częstotliwości są połączone z umiarkowanymi wibracjami. Grubsza ścianka powoduje większe przejściowe naprężenia termiczne, a jej większa sztywność bezpośrednio przenosi siły drgań na granicę międzyfazową MgO, co przyspiesza powstawanie pęknięć.
Mechanizm interakcji pomiędzy naprężeniem termicznym i zmęczeniem wibracyjnym
Zmęczenie cyklem cieplnym w osłonie 316 jest spowodowane jedynie różnicą temperatur na ścianie. Przejściowy gradient wynosi około 220°C dla ścianki o grubości 2,0 mm podczas cyklu od 20°C do 250°C przy 10°C na sekundę. Naprężenie termiczne wynosi około 350 MPa-, znacznie powyżej granicy plastyczności 316 w podwyższonych temperaturach. Materiał w każdym cyklu poddaje się plastycznie, kumulując uszkodzenia. Dla ściany o grubości 1,2 mm ten sam stan przejściowy daje gradient 130°C i naprężenie około 200 MPa, zwykle poniżej granicy plastyczności. Kiedy nachodzą na siebie wibracje mechaniczne, mechanizmy uszkodzeń wchodzą w interakcję. Płaszcz o grubości 2,0 mm ma już plastyczność bliską lub wyższą od samego naprężenia termicznego, a dodanie nawet niewielkiego naprężenia wibracyjnego powoduje, że materiał wchodzi głębiej w reżim plastyczny. Uwzględnienie naprężenia wibracyjnego dla osłony o grubości 1,2 mm, która jest elastyczna tylko pod naprężeniem termicznym, może nadal utrzymywać materiał poniżej granicy plastyczności.
