Page 65 - 07

Ô³çèêî-õ³ì³÷íà ìåõàí³êà ìàòåð³àë³â. – 2015. – ¹ 1. – Physicochemical Mechanics of Materials

УДК:539.375;539.4:536.543
РОЗРАХУНКОВА МОДЕЛЬ ПОШИРЕННЯ ТРІЩИН
У БІМЕТАЛЕВИХ МАТЕРІАЛАХ ЗА ВИСОКИХ КОНЦЕНТРАЦІЙ
ТА ТЕМПЕРАТУР ВОДНЮ

2
1
1
О. Є. АНДРЕЙКІВ , Л. Н. ДОБРОВОЛЬСЬКА , Н. В. ЯВОРСЬКА
1
Львівський національний університет ім. Івана Франка;
2
Луцький національний технічний університет
Запропонована розрахункова модель для визначення кінетики поширення в тілі вод-
невих тріщин, що спричинено високими тисками в них через надвисокі концентрації
водню в тілі. В основі моделі – деформаційний критерій механіки руйнування з ура-
хуванням концентрації водню, стрибкоподібний механізм поширення водневих трі-
щин і закони тепломасопереносу Фіка. З її допомогою досліджена кінетика поши-
рення водневої тріщини розшарування по поверхні сплавлення захисного покриву з
основним матеріалом у корпусі реактора гідрокрекінгу нафти.
Ключові слова: біметалеві матеріали, високі параметри водню, концентрація вод-
ню, коефіцієнт інтенсивності напружень, зона передруйнування, період докритич-
ного росту водневих тріщин, корпус реактора гідрокрекінгу нафти.
Проектний термін тепломеханічного устаткування високого і надвисокого
тиску теплових електростанцій, що працює при температурі пари 500…560°С,
100…140 тис. годин. Завдяки запасам міцності, закладеним під час проектування
і виготовлення, термін експлуатації до 2002 р. у 35% енергоустановок перевищив
220 тис. годин. З позицій економіки вони можуть експлуатуватися до 320…450
тис. годин. Проте зростання напрацювання супроводжується накопиченням пош-
коджень металу, викликаних повзучістю, термічною втомою, особливо воднем,
який утворюється за дисоціації пари на металевих поверхнях устаткування. Особ-
ливості технології виготовлення і умов експлуатації корпусних деталей у водне-
вовмісних середовищах призводять до частої появи на них протяжних і глибоких
тріщин, які можуть викликати непередбачене руйнування. Воднева крихкість ме-
талів – причина катастрофічного руйнування також хімічного, нафтовидобувно-
го, транспортного й інших видів обладнання. Його раптовість часто пов’язана не
тільки з великими матеріальними збитками, але й людськими жертвами. Остан-
нім часом дослідженням взаємодії водню з конструкційними матеріалами нада-
ють особливого значення, що пов’язано із розробками нових виробів у ракето- і
літакобудуванні, де водень використовують як паливо.
Проблема водневого окрихчення металевих матеріалів – давно в центрі ува-
ги вчених та інженерів. Опубліковано десятки монографій, де розглядають це
явище з різних позицій (див., наприклад, [1–7]). Наведено результати експери-
ментальних досліджень впливу водню на деградацію металевих матеріалів, мето-
ди розрахунку міцності і довговічності елементів конструкцій за довготривалого
статичного і циклічного навантажень у водневовмісних середовищах тощо. Од-
нак недостатньо висвітлено ріст тріщин у металевих матеріалах за високих пара-
метрів водню (поширення водневих тріщин), що часто є основним механізмом
втрати довговічності елементів конструкцій енергетики, літальних апаратів, хі-
мічного, нафтовидобувного, транспортного й інших видів обладнання.

Контактна особа: Н. В. ЯВОРСЬКА, e-mail: nadja.lviv@gmail.com
71