by arminmtt arminmtt Yorum yapılmamış

ÖZET: Bu yazıda, eşik değerine yakın bölgede ve orta oran aralığında yorulma çatlağı yayılımının, nükleer sanayide yaygın olarak kullanılan 304L ve 316L tipi iki östenitik paslanmaz çelik üzerinde yapılan bir çalışma ele alınmıştır. Amaç, hasar toleransı ile ilgili son endüstriyel güvenlik sorunlarına cevap vermek için yayılma yasalarını ve eşik seviyelerini yeniden değerlendirmektir. Oda sıcaklığında oluşturulan yayılma eğrileri, R = 0,1 ve 0,7’de 150 ° C ve 300 ° C’de yazılmıştır. Çatlak kapanmasının araştırılması, bu fenomenin eşik değerine yakın alanda ve R = 0,7’deki R = 0,1’de önemli bir katkısı olduğunu göstermiştir. Yayılma mekanizmaları, SEM gözlemleri vasıtasıyla gösterilmekte ve belgelenmektedir.

GİRİŞ
Nükleer santrallerde enerji üretimi endüstrilerinin iki ana kaygısı, güvenilirliğin geliştirilmesi ve yapıların işletme ömrünün uzatılmasıdır. Son yıllarda dikkat, bazı kritik yapı elemanlarının ısıl yorgunluğuna karşı dayanıma odaklanmıştır. Bu gibi bileşenlerin yorulma ömrünün tahmini için daha doğru bir araç geliştirilmesi, malzemelerin davranışları hakkında detaylı ve kesin bir bilgi gerektiriyordu. A316L ve A304L gibi östenitik çelikler, nükleer santrallerde (kazanlar, borular …) yaygın olarak kullanılır. Bu çalışmanın amacı, bu iki alaşımın çevre eşiğinden 300 ° C’ye kadar değişen sıcaklıklarda yakın eşikli çatlak yayılma davranışına dair endüstriyel bilgi eksikliğine cevap vermektir. Farklı deney koşullarında etkili yorulma çatlak büyümesi davranışı hakkında bilgi edinmek için yayılma testleri sırasında çatlak kapanma rolünün detaylı bir analizi yapılmıştır. Çatlak büyümesini kontrol eden mekanizmaların detaylı bir analizi için kırılma yüzey morfolojisinin mikro yapı, sıcaklık ve yük oranı (0,1 ve 0,7) açısından dikkatli bir şekilde incelenmesi yapılmıştır.

DENEYLER

Malzemeler lamine plakalardan sağlanmaktadır. Mekanik özellikler ve mikro yapılar sırasıyla tablo 1 ve şekil 1’de gösterilmiştir. Yorulma çatlağı büyüme deneyleri, LT oryantasyonunda (10 mm kalınlığında ve 40 mm genişliğinde) işlenmiş Kompakt Gerilim C (T) numunelerinde, ASTM Yorulma Çatlak Büyüme Hızlarının Ölçülmesine İlişkin Test Yöntemine (E 647-88) uygun olarak 500 ° C’ye kadar sıcaklık sağlayan bir fırına sahip servo-hidrolik makine kullanılarak gerçekleştirilir. 

TABLO – 1 Mekanik Özellikler

Materyal
Sıcaklık
Verim Stres
(MPa)
Nihai Stres
(MPa)
Uzama
%
304L2023157076
304L 15017743250,1
304L 30014240044,3
316L 2025357469,9
316L 15018546250,3
316L 30015443542,3
Şekil -1: 304L (a) ve 316L (b) Alaşımlarının Mikro Yapısı

Çatlak uzunlukları, DC (elektrik) potansiyel düşme tekniği kullanılarak izlenir. Örnekler sinüzoidal yüklemeye 35 Hz. sıklıkta gönderilir. Çatlak kapanması, kapasitif bir yer değiştirme göstergesi kullanılarak tespit edilir ve ofset uyum tekniği [1] ile belirlenir.

Oda Sıcaklığında Çatlak Yayılımı

Şekil 2a ve 2b’de, literatürden [2-6] sağlanan verilere kıyasla sırasıyla 304L ve 316L alaşımları için oda sıcaklığında oluşturulan çatlak yayılma eğrileri çizilmiştir.

Şekil- 2: Çatlak İlerleme Eğrileri da / dN – Sıcaklık ▲K İle Oda Sıcaklığında
304L (a) Ve 316L (b) Çelikler

304L için mevcut az sayıdaki veri, mevcut sonuçlara göre kabul edilebilir olup, 4 MPa √ m arasında değişen bir eşik göstermektedir. 316L için bu çalışma 3.3 MPa √ m’den Lindley ve diğerleri için 5.7 MPa √ m’ye kadar değişen bir eşik ile daha büyük bir saçılma gözlenir [6]. Amzallag ve ark. sonuçlar [5], deneysel prosedürün ve öncelikle normalize edilmiş ASTM K-gradyanı C = (1 / K) ‘nin güçlü etkisiyle açıklanabilen bu iki değer arasında düşmektedir. Bu çalışmada kullanılan -0,1 mm-1 değerine eşit veya daha düşük C değerlerinin kullanılması (ASTM’nin tavsiye ettiği C değerine – 0,08’e yakın), daha koruyucu eğriye ve alt eşik değerine ve sonuç olarak şiddetle tavsiye edilmelidir.

Her iki alaşımda oda sıcaklığında elde edilen deneysel sonuçlar, kapatma düzeltmesi olan ve olmayan R = 0.1 ve R = 0.7’deki veriler dâhil, şekil 3’te toplanmıştır.

Şekil – 3: Çatlak İlerleme eğrileri da / dN – ∆K ve da / dN – vs İçin oda sıcaklığında ∆Keff
316L ve 304L
Şekil – 4 : Yakın Eşikte Kırılma Yüzey Morfolojisi Aralık.

Aşağıdaki açıklamalar ifade edilebilir:

– Her bir R oranı için orta oran aralığında her iki çelik için benzer bir davranış;

– 304L (4,8 MPaV√ m) için R = 0,1’de, 316L (3,3 MPa √ m) ‘den daha yüksek bir eşik aralığı, daha çok yönlü kristalografik bir kırılma yüzeyiyle ilişkili olması (şekil 4);

– R oranının belirli bir ▲K aralığında büyüme oranı üzerinde zayıf bir etkisi;

Hem R oranında hem de çok benzer da / dN ve ▲Keff eğrilerinde çatlak kapanmasına büyük katkı.

– Mikro Fraktografik yüzey morfolojisi, A316L alaşımı için önceki gözlemlere uygundur [7].

Sıcaklık Etkisi

150 ° C ve 300 ° C’de elde edilen deneysel yayılma eğrileri, 304L alaşımı için şekil 5a ve 5b’deki oda sıcaklığında ve 316L alaşımı için şekil 6a ve 6b’deki ile karşılaştırılır. Ana eğilimler şunlardır:

  • İki alaşım arasındaki çatlak büyüme eğrilerinde çok az fark var ve eşik değerine yakın olsa bile her iki sıcaklıkta da R oranının önemli bir etkisi yoktur.
  • R oranı ne olursa olsun çatlak kapanmasına benzer katkı. Bu sonuç, bu iki çok yumuşak alaşımın tipik bir örneğidir ve yukarıda kapanmanın gerçekleşmeyeceği bazı Rcut değerinin [8] bulunmadığını gösterir.
  • Eşik aralığı 150 ° C’de, 300 ° C’de (hem alaşımlar hem de her iki R oranı için yaklaşık 6.6 MPa √ m civarında) karşılaştırılabilir, ancak oda sıcaklığındakinden daha yüksektir (şekil 4).
  • Her iki alaşım için etkili eşik aralığı (yani kapatma düzeltmesinden sonra) sıcaklığa karşı daha az hassastır ancak 150 ° C’de (yaklaşık 3 MPa √ m) oda sıcaklığında ve 300 ° C’de (yaklaşık 2 MPa √ m) biraz daha yüksek görünmektedir. Bu sonuçlar artan sıcaklıkla çatlak kapanmasının artan bir katkısını göstermektedir.
    Her iki alaşımdaki büyüme oranına göre yüzey morfolojisinin evrimini karşılaştırmak için kırılma yüzeylerinin SEM incelemesi yapılmıştır. Bazı çizimler, R = 0.1’de 150 ° C ve 300 ° C’de test edilen 304L alaşımı ve üç büyüme oranı aralığı için şekil 7’de verilmiştir. Eşiğin yakınında, oda sıcaklığında olduğu gibi çok kaba kristalografik yüzeyler, önemli bir katkı kapanmasına uygundur. Daha yüksek büyüme oranlarında gözlemlenen daha düz yüzeyler, mikroyapıya daha az duyarlı olan bir aşama II çatlamasına uygundur.

SONUÇ

304L ve 316L östenitik paslanmaz çeliklerde oda sıcaklığından 300 ° C’ye kadar değişen sıcaklıkta yorulma çatlağı yayılımına ilişkin bu çalışma, aşağıdaki ana çıkarımlara yol açmaktadır:

  • Hız aralığı ve sıcaklık ne olursa olsun iki alaşım arasında çok az bir fark vardır;
  • Stres şiddeti faktörünün eşik aralığı, R oranı ne olursa olsun sıcaklıkla artar;
  • Eşiğe yakın bölgedeki çatlak kapanmasının önemli bir katkısı, R oranı ne olursa olsun eşiğin yüksek seviyesini açıklar.
Şekil – 6: ıcaklığın Etkisi da/dN vs ∆K ve da/dN vs ∆Keff 304L de Eğrilikler R=0.1 (a) and R=0.7 (b).
Şekil – 7: Kırılma yüzeylerinin 150 ° C’de ve 300 ° C’de 304L’de karşılaştırılması
Şekil – 8 : Çatlak İlerleme Eğrileri da / dN – ∆K ve da / dN – ∆Keff
150 ° C’de (a) ve 300 ° C’de (b) 304L ve 316L Çelik Üzerinde

REFERANSLAR

  1. Sarrazin-Baudoux, C. Chabanne, Y. and Petit, J., (2000) Fatigue crack growth thresholds, endurance limits and design, ASTM-STP 1372, James C. Newman and Robert S. Piasick eds., American Society for Testing and Materials pub, 341.
  2. James, L.A. (1976) Atomic Energy Review 14, 86.
  3. Huthmann, H., Livesey, V.B. and Robert, G. (1996) Int. Jal. Ves. And Piping 65, 239.
  4. McEvily, A.J., Gonzalez, J.L. and Hallen, J.M.(1996) Scripta Mater. 6, 761.
  5. Lindley, T. C. and Richards, E. (1976) Engineering Application III, 1113.
  6. Amzallag, C. et al. (1981) Fatigue crack growth measurement and data analysis, ASTM S TP 738, S.J. Hudak, Jr. And R.J. Bucci, Eds, American Society for Testing and Materials pub., 44.
  7. Meny, L. (1976)Mécanismes de fissuration,Rapport CEA, D.TEC/ SRMA/GMAR.76.194.


Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir