ความเค้นตกค้างในการหล่อใบพัดส่งผลต่ออายุการใช้งานที่ยาวนานของใบพัดอย่างไร

การหล่อใบพัดใบพัด ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของเครื่องจักรของไหล มักทำงานในสภาพแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับความเร็วสูง แรงกดดันสูง ตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และอุณหภูมิที่ผันผวน ในระหว่างการให้บริการ ใบพัดจะต้องเผชิญกับโหลดที่ซับซ้อน รวมถึงความเครียดจากแรงเหวี่ยง ไฮดรอลิก และความร้อน อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากภาระภายนอกเหล่านี้แล้ว ภัยคุกคามที่ซ่อนอยู่ยังแฝงตัวอยู่ในการคัดเลือก: ความเครียดที่ตกค้าง ความเค้นตกค้างคือระบบความเครียดที่ปรับสมดุลในตัวเองซึ่งสร้างขึ้นภายในโดยการหดตัวที่ไม่สม่ำเสมอหรือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรระหว่างการเปลี่ยนเฟสและกระบวนการบำบัดความร้อน สำหรับการหล่อใบพัดที่ซับซ้อนทางเรขาคณิต การมีอยู่ของความเค้นตกค้างมีผลกระทบสำคัญต่ออายุการใช้งานในระยะยาวและความสมบูรณ์ของโครงสร้างของใบพัด

การเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างความเครียดตกค้างและความเสี่ยงจากการแคร็ก

การเหนี่ยวนำให้เกิดรอยแตกร้าว

ความเค้นตกค้างจากแรงดึงในระดับสูงเป็นแรงผลักดันหลักที่อยู่เบื้องหลังการแตกร้าวทั้งร้อนและเย็นในการหล่อ ในการหล่อใบพัดใบพัด ส่วนต่อประสานที่หนาระหว่างใบมีดและดุม (ดุม/ผ้าห่อศพ) และการเปลี่ยนแปลงทางเรขาคณิตอย่างกะทันหันถือเป็นบริเวณที่มีความเสี่ยงสูงต่อความเข้มข้นของความเค้นตกค้าง

ความเค้นตกค้างจากแรงดึง: หากความเค้นแรงดึงภายในนี้เกินค่ากำลังครากหรือค่าความต้านทานแรงดึงของวัสดุ ก็อาจทำให้เกิดรอยแตกขนาดใหญ่ทันทีหรือล่าช้าได้ แม้ว่าจะอยู่ในสถานะคงที่หลังจากการหล่อก็ตาม

การแตกร้าวล่าช้า: โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมบางชนิด เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก หรือโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลัก ความเค้นตกค้างรวมกับการแตกตัวของไฮโดรเจนอาจทำให้เกิดการแตกร้าวล่าช้าได้ ข้อบกพร่องนี้มักจะตรวจพบได้ยากในระหว่างการตรวจสอบโรงงาน แต่สามารถนำไปสู่ความล้มเหลวกะทันหันในช่วงต้นอายุการใช้งานของใบพัดได้

เอฟเฟกต์การซ้อนทับความเครียด

หลังจากที่ใบพัดถูกใช้งานแล้ว ความเค้นดึงตกค้างจะถูกทับทับกับความเค้นในการทำงานภายนอก

ความเข้มข้นของความเค้น: ความเค้นจากแรงเหวี่ยงที่เกิดจากใบพัดในระหว่างการหมุนด้วยความเร็วสูงจะไปถึงค่าสูงสุดที่รากของใบมีด หากยังมีความเค้นดึงตกค้างจากการหล่อที่มีนัยสำคัญในพื้นที่นี้ ความเค้นทั้งหมดที่เกิดขึ้นในพื้นที่อาจเกินขีดจำกัดความปลอดภัยของวัสดุอย่างมาก

การให้ผลผลิตและการเสียรูป: ความเค้นที่ทับซ้อนกันอาจทำให้วัสดุเฉพาะที่เข้าสู่ระยะการเปลี่ยนรูปพลาสติกก่อนเวลาอันควร ซึ่งนำไปสู่การบิดเบือนทางเรขาคณิตของใบพัด กระทบต่อสมดุลไดนามิกของวัสดุ และทำให้เกิดความเสียหายต่อการสั่นสะเทือนและแบริ่งอย่างรุนแรงในที่สุด

ผลกระทบของความเครียดตกค้างต่อชีวิตความเหนื่อยล้าและพฤติกรรมการกัดกร่อน

การลดลงอย่างมีนัยสำคัญในชีวิตความเหนื่อยล้า

การหล่อใบพัดใบพัดส่วนใหญ่ทำงานภายใต้โหลดแบบสลับ และอายุความล้าของใบพัดเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของความน่าเชื่อถือในระยะยาว

การเริ่มต้นรอยแตกเมื่อยล้าแบบเร่ง: ความเค้นตกค้างจากแรงดึงจะเพิ่มความเครียดเฉลี่ยของวงจรความเครียดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตามเกณฑ์ความล้าของ Goodman หรือ Haigh การเพิ่มขึ้นของความเค้นเฉลี่ยจะช่วยลดขีดจำกัดความล้าของวัสดุลงอย่างมาก โดยเร่งให้เกิดการแตกร้าวจากความล้าที่ข้อบกพร่อง

แรงผลักดันสำหรับการเจริญเติบโตของความล้า: ความเค้นดึงที่ตกค้างจะช่วยเพิ่มแรงผลักดันให้กับรอยแตกขนาดเล็กที่เริ่มต้นขึ้น ส่งผลให้พวกมันแพร่กระจายผ่านพื้นที่รับน้ำหนักที่สำคัญของใบพัดในอัตราที่สูงกว่า นำไปสู่ความล้มเหลวของความเมื่อยล้าก่อนวัยอันควร

การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดแบบเร่ง (SCC)

การหล่อใบพัดจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ทำจากสแตนเลสหรือเหล็กดูเพล็กซ์ จำเป็นต้องใช้งานกับตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (เช่น สารละลายคลอไรด์)

ความไวต่อ SCC: การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด (SCC) เป็นรูปแบบความล้มเหลวที่เกิดจากผลกระทบร่วมกันของการกัดกร่อนและความเครียดจากแรงดึง ความเค้นดึงตกค้างเพียงอย่างเดียวก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้เกิดสภาวะความเค้นที่จำเป็นสำหรับ SCC

ผลกระทบของขั้วบวกเฉพาะที่: ขอบเขตของเกรนหรือโครงสร้างจุลภาคในพื้นที่ที่มีความเค้นตกค้างสูงอาจถูกกระตุ้นมากขึ้น ก่อตัวเป็นขั้วบวกเฉพาะที่ สิ่งนี้จะช่วยเร่งการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าและทำให้เกิดการแตกร้าวแบบเปราะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิต่ำกว่าความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุมาก สิ่งนี้เป็นอันตรายอย่างยิ่งสำหรับใบพัดที่ทำจากโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนซึ่งใช้ในงานปิโตรเคมีและงานทางทะเล

การควบคุมวิกฤตของความเค้นตกค้างในกระบวนการหล่อ

การควบคุมความเค้นตกค้างในการหล่อใบพัดใบพัดเป็นหนึ่งในงานหลักของวิศวกรการหล่อ

ความจำเป็นของการบำบัดความร้อน: โดยทั่วไปแล้วการอบอ่อนเพื่อบรรเทาความเครียดหรือการบำบัดด้วยสารละลายเฉพาะจะใช้ในการปลดปล่อยหรือกระจายความเครียดที่ตกค้าง การควบคุมอัตราการให้ความร้อน เวลาและอุณหภูมิในการคงตัว และอัตราการเย็นตัวอย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดความเครียดจากความร้อนใหม่หรือส่งผลกระทบต่อโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ

การเพิ่มประสิทธิภาพการแข็งตัวและการทำความเย็น: ด้วยการปรับการออกแบบแม่พิมพ์ให้เหมาะสมและอัตราการทำความเย็น เช่น การใช้ความเย็นหรือการควบคุมอุณหภูมิแม่พิมพ์ที่ร้อนของแม่พิมพ์ การแข็งตัวและการทำความเย็นที่สม่ำเสมอสามารถทำได้พร้อมกันในส่วนประกอบใบพัดทั้งหมด ช่วยลดความเค้นตกค้างที่แหล่งกำเนิดของมัน