Kanatlı pervane dökümlerindeki artık gerilim, pervanenin uzun vadeli çalışma ömrünü nasıl etkiler?

Kanat çarkı dökümleri Akışkan makinelerin kalbi olan makineler genellikle yüksek hızların, yüksek basınçların, aşındırıcı ortamların ve değişken sıcaklıkların bulunduğu ortamlarda çalışır. Servis sırasında pervaneler merkezkaç, hidrolik ve termal gerilimler dahil olmak üzere karmaşık yüklere maruz kalır. Ancak bu dış yüklere ek olarak dökümün içinde gizli bir tehdit de gizlenmektedir: artık gerilim. Artık gerilim, faz geçişleri ve ısıl işlem süreçleri sırasında düzensiz büzülme veya hacim değişiklikleri nedeniyle dahili olarak üretilen, kendi kendini dengeleyen bir gerilim sistemidir. Geometrik olarak karmaşık pervane dökümlerinde artık gerilimin varlığı, pervanenin uzun vadeli çalışma ömrü ve yapısal bütünlüğü üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir.

Artık Gerilim ile Çatlama Riski Arasındaki Doğrudan Bağlantı

Döküm Çatlaklarının İndüksiyonu

Dökümlerde sıcak ve soğuk çatlamanın ardındaki temel itici güç, yüksek seviyedeki artık çekme gerilimidir. Kanat çarkı dökümlerinde, kanat ile göbek (göbek/örtü) arasındaki kalın arayüz ve ani geometrik değişiklikler, artık gerilim yoğunlaşması açısından yüksek riskli alanlardır.

Artık çekme gerilimi: Bu iç çekme gerilimi, malzemenin akma mukavemetini veya çekme mukavemetini aşarsa, dökümden sonraki statik durumda bile ani veya gecikmeli makro çatlaklara yol açabilir.

Gecikmeli çatlama: Özellikle martensitik paslanmaz çelik veya belirli nikel bazlı alaşımlar gibi belirli alaşımlar için, hidrojen gevrekleşmesiyle birleşen artık gerilim, çatlamanın gecikmesine neden olabilir. Bu kusurun fabrika denetimi sırasında tespit edilmesi genellikle zordur ancak pervanenin hizmet ömrünün erken dönemlerinde ani arızalara yol açabilir.

Stres süperpozisyon etkisi

Çark çalıştırıldıktan sonra, dış çalışma gerilimlerinin üzerine artık çekme gerilimleri eklenir.

Gerilim konsantrasyonu: Yüksek hızlı dönüş sırasında pervane tarafından üretilen merkezkaç gerilimi kanat kökünde maksimuma ulaşır. Bu alanda önemli miktarda döküm artık çekme gerilimi mevcutsa, ortaya çıkan yerel toplam gerilim, malzemenin güvenlik sınırını çok aşabilir.

Akma ve Deformasyon: Üst üste gelen gerilimler, lokalize malzemenin plastik deformasyon aşamasına zamanından önce girmesine neden olarak pervanenin geometrik bozulmasına, dinamik dengesinin bozulmasına ve sonuçta ciddi titreşim ve yatak hasarına neden olabilir.

Artık Gerilimin Yorulma Ömrü ve Korozyon Davranışına Etkisi

Yorulma Ömründe Önemli Azalma

Kanat pervanesi dökümleri çoğunlukla alternatif yükler altında çalışır ve yorulma ömürleri uzun vadeli güvenilirliğin önemli bir göstergesidir.

Hızlandırılmış Yorulma Çatlak Başlatması: Çekme artık gerilimi, gerilim döngüsünün ortalama gerilimini etkili bir şekilde artırır. Goodman veya Haigh yorulma kriterlerine göre, ortalama gerilimdeki artış malzemenin yorulma sınırını önemli ölçüde kısaltır ve kusurda yorulma çatlağının başlamasını hızlandırır.

Yorulma Artışının İtici Gücü: Artık çekme gerilimi, başlatılan mikro çatlaklar için ek itici güç sağlayarak bunların pervanenin kritik yük taşıyan alanlarında daha yüksek bir hızda yayılmasına neden olarak erken yorulma arızasına yol açar.

Hızlandırılmış Gerilmeli Korozyon Çatlaması (SCC)

Pek çok pervane dökümünün, özellikle de paslanmaz çelikten veya çift yönlü çelikten yapılmış olanların, aşındırıcı ortamlarda (klorür çözeltileri gibi) çalışması gerekir.

SCC Duyarlılığı: Gerilim korozyonu çatlaması (SCC), korozyon ve çekme geriliminin birleşik etkilerinden kaynaklanan bir arıza modudur. Artık çekme gerilimi tek başına SCC için gerekli gerilim koşulunu oluşturmak için yeterlidir.

Yerel Anodik Etki: Yüksek artık gerilime sahip alanlardaki tane sınırları veya mikro yapılar daha aktif hale gelerek yerel anotlar oluşturabilir. Bu, elektrokimyasal korozyonu hızlandırır ve malzemenin akma dayanımının çok altındaki sıcaklıklarda hızla gevrek çatlamanın oluşmasına neden olur. Bu, petrokimya ve denizcilik uygulamalarında kullanılan korozyona dayanıklı alaşımlardan yapılmış pervaneler için son derece tehlikelidir.

Döküm Prosesinde Artık Gerilimin Kritik Kontrolü

Kanatlı çark dökümlerinde artık gerilimin kontrol edilmesi döküm mühendislerinin temel görevlerinden biridir.

Isıl İşlemin Gerekliliği: Gerilim giderme tavlaması veya özel çözelti işlemleri genellikle artık gerilimleri serbest bırakmak veya yeniden dağıtmak için kullanılır. Isıtma hızının, bekletme süresinin ve sıcaklığının ve soğutma hızının hassas kontrolü, yeni termal gerilimlerin ortaya çıkmasını veya malzemenin mikro yapısını etkilemesini önlemek için çok önemlidir.

Katılaşma ve Soğutma Optimizasyonu: Soğutma kullanmak veya kalıbın sıcak kalıp sıcaklığını kontrol etmek gibi kalıp tasarımını ve soğutma hızlarını optimize ederek, tüm pervane bileşenlerinde eş zamanlı katılaşma ve eşit soğutma elde edilebilir, böylece kaynaklarındaki artık gerilimler en aza indirilir.