Kuidas mõjutab 316 roostevabast terasest ümbrise seina paksus jääkpinge jaotumist pärast pügamist ja selle mõju korrosiooniväsimusele merekeskkonnas?

Korrosiooniväsimus on eriti agressiivne rikkemehhanism elektriliste sukelsoojendite jaoks, mille mereinsenerid on määranud avamereplatvormidele, laevasüsteemidele ja rannikualade tööstusettevõtetele, kui kombineerida tsüklilist mehaanilist koormust ja kloriidkorrosiooni. Korrosiooniväsimus põhjustab pragude teket palju väiksema pingeamplituudi ja lühema tsükli elueaga kui puhas väsimus õhus või puhas korrosioon staatilistes seadetes. Mõõtmisel tekkivad jääkpinged (mis tihendab magneesiumoksiidi isolatsiooni ümber takistustraadi) interakteeruvad tööpingetega ja kas kiirendavad või aeglustavad murdude teket olenevalt nende märgist ja suurusest. Selles artiklis kvantifitseeritakse ümbrise seina paksuse mõju jääkpinge jaotumisele pärast pügamist ja nende jääkpingete mõju korrosiooniväsimusele merekeskkonnas.

Jääkpinge tekkimine 316 ümbrise vahetamisel
When a 316 stainless steel tube is swaged from a bigger to a smaller diameter around the MgO filled core, a specific pattern of residual stress is induced. Residual stresses on the outside surface of the sheath are compressive due to the inward hammering of the swaging dies on the material, and tensile on the inner surface due to the outward push of the compressed MgO during elastic springback. The amplitude of these residual strains is dependent on the wall thickness compared to the diameter reduction. In the case of a thin-walled sheath with wall thickness below 1.0 mm, the swaging force penetrates almost the entire wall thickness, which leads to strong compressive stresses at the outer surface (often from -200 to -300 MPa) and moderate tensile stresses at the inner surface (from +50 to +100 MPa). For a thick-walled sheath (>1,8 mm) neeldub löögijõud peamiselt väliskihtides ja suured survepinged tekivad ainult välispinna lähedal, sisemised kihid on suhteliselt puutumata. MgO vähemtäieliku tihendamise tõttu vähenevad ka sisepinna tõmbepinged. Seda korrelatsiooni kinnitavad jääkpinge röntgendifraktsiooniuuringud 316 ümbrises. 0,9 mm seinakatte puhul oli pinna survepinge -280 MPa. 1,5 mm seinakate oli –180 MPa. 2.0 mm seinakate, mille tulemuseks oli vaid –120 MPa. Õhemal ümbrisel on soodsam survepinge välispinnal, kus üldiselt tekivad korrosiooniväsimuspraod.

Jääksurvepinge roll korrosiooniväsimuspragude tekkimise aeglustamisel
Tsükliline tõmbepinge ja kloriide sisaldav söövitav elektrolüüt põhjustavad 316 roostevaba terase korrosiooniväsimusmurdumise algust. Pragu saab alguse süvendist või sisendist, kus passiivne kaitsekate on ebaõnnestunud. Kui pinnal on survejääkpinge olek, peab rakendatud tsükliline tõmbepinge ületama selle kokkusurumise, et tekitada prao otsas netopinge. See suurendab oluliselt pragu tekitamiseks vajalikku pingetaset. Kui pinna jääksurve on -280 MPa ja rakendatud tsükliline pinge on +200 MPa, siis on võrk pinnal -80 MPa. See on endiselt surveline ega saa põhjustada väsimuspragu. Võrgupinge eksisteerib ainult siis, kui tsükliline pinge on suurem kui +280 MPa. Võrdluseks, 2,0 mm ümbris, mille pinnasurve on vaid –120 MPa, on võrgupinges, kui rakendatav pinge on suurem kui +120 MPa, mis on palju madalam lävi. Korrosiooniväsimustestid sünteetilises merevees temperatuuril 60 °C kinnitavad seda mõju. Proovid seinapaksusega 0,9 mm ja märkimisväärse jääksurvega püsisid 10 miljonit tsüklit 250 MPa juures, rakendati vahelduvat pinget ilma pragunemiseta. Sama rakendatud koormuse korral ebaõnnestusid vähese jääkpressimise ja 2, 0 mm seinapaksusega proovid pärast 2 miljonit tsüklit. Õhem kest andis viis korda pikema korrosiooniväsimuse, hoolimata vähenenud absoluutse seinapaksusest.

Tehke maha{0}}jääkpingest saadav kasu ja seina paksuse marginaal
Õhukeseseinalistel ümbristel on korrosiooniväsimuse eelis, kuid pragude tekkimisel tuleb seda tasakaalustada materjali alumise varuga. Olulise jääksurvega 0,9 mm ümbris talub miljoneid tsükleid pragude tekkele. Igas praos, mis on jääkpingeväljast üle saanud kas suure pinnasüvendi või ajutise ülekoormuse tõttu, on aga enne perforeerimist läbi levida vaid 0,9 mm materjali. Väiksema jääksurvega 2,0 mm ümbris võib tekitada pragude arvu vähemate tsüklite jooksul, kuid purunemiseks peab pragu levima 2,0 mm võrra. Kogu eluiga kuni rikkeni=Initsieerimise eluiga + levimisiga Korrosiooniväsimuskatse soolases vees temperatuuril 60 °C pöörleva tala seadmes annab 10 mm välisläbimõõduga 316 kesta korral 200 MPa vahelduva pinge juures järgmised kogu purunemiseni tsüklid. 0,8 mm ümbris saavutas kokku 12 miljonit tsüklit, 11,5 miljonit initsiatsiooniks ja 0,5 miljonit paljundamiseks. 1,2 mm kest pidas vastu 8 miljonit tsüklit, 7 miljonit initsiatsiooni ja 1 miljon paljundamist. 1,6 mm kest pidas vastu 5 miljonit tsüklit (3 miljonit initsiatsiooniks ja 2 miljonit levitamiseks). 2,0 mm kest töötas 3,5 miljonit tsüklit, millest 1,5 miljonit oli initsiatsiooniks ja 2 miljonit paljundamiseks. Õhukese seinaga ümbrisel on suurim jääksurve ja pikim kogu eluiga, kuigi levimisvaru on väike.

Merekeskkonna korrosiooni väsimuse eluea valikumaatriks
Järgmises tabelis on näidatud laevanduses kasutatavate elektriliste sukelsoojendite soovitatavad ümbrise seinapaksused 316, sõltuvalt hinnangulisest tsüklilise pinge amplituudist ja vajalikust kasutuseast. Väärtused kehtivad pideva kokkupuute kohta mereveega või riimveega temperatuuril 30–60 °C ning ka tavapäraste pügamistehnikate jaoks ilma järel{4}}lõõmutamiseta.

Eeldatav tsüklilise pinge amplituudi nõutav kasutusiga Soovitatav 316 Kesta seina paksus Domineeriv rikkerežiimi konstruktsiooni põhjendus
Madal, alla 50 MPa10 aasta jooksul 1,2–1,6 mm Korrosioon pragudes Paksus, mis tuleneb korrosioonivarust, jääkpingest on vähem oluline
Mõõdukas, 50–150 MPa 5–10 aastat 1,0–1,2 mm Korrosiooniväsimise initsiatiiv Õhuke sein annab suure jääkpressimise, et vältida pragude tekkimist
Mõõdukas, 50 kuni 150 Mpa 10 aastat või rohkem 1,4–1,6 mm koos -järgse lõõmutusega. Paljundamine päritolust Lõõmutamine vähendab jääkpingest tulenevat eelist; kasutage paksusvaru
Kõrge, 150–250 MPa 3–5 aastat 0,8–1,0 mm Korrosiooniväsimuse teke Aktsepteerige lühikest kasutusiga, oluline on maksimaalne jääksurve
High, 150 – 250 MPa>5 aastat316 Pole võimalik Ülekoormus või kiire pragunemine Asenda Incoloy 825 või titaaniga
Muutuv paljude ülelaadimistega Mis tahes kasutusiga 1,6–2,0 mm Propag. ootamatu mõra järgne Paksusvaru kaitseb ettenägematute sündmuste eest
Rakendustes, kus tsüklilised pinged on põhjustatud vibratsioonist, soojuspaisumise tsüklitest või rõhumuutustest, on oluline, et oleks võimalik mõõta või hinnata pinge amplituudi. Mõõtmise puudumisel on mõõdukas pingetase 100 MPa mõistlik vaikeväärtus. Nendel juhtudel annab seina paksus 1,2 mm optimaalse kompromissi jääkpinge eelise ja levimisvaru vahel. Insenerid peaksid kaaluma ka suure tsükliga rakendustes kasutatavate paksude-seinaga ümbriste-järgse lõõmutamise soovitamist. Lõõmutamine 1050 kraadi juures eemaldab täielikult jääkpinged ja seega õhukeste seinte korrosiooniväsimuse, aga ka sisepinna tõmbejääkpinged, mis võivad põhjustada murdude levimist. Lõõmutatud 1,6 mm kesta täielik väsimuse kestus on sarnane mitte-lõõmutatud 1,2 mm kestaga, mis pakub alternatiivset lähenemisviisi pika kasutusea saavutamiseks ilma õhukestele seintele tuginemata. Suure jääkpingega õhukeste või lõõmutatud paksude seinte valik sõltub tootmisvõimsusest ja maksumusest. Enamiku mererakenduste puhul, kus vibratsioon on olemas, kuid mitte tugev, tagab tavaline pügamine usaldusväärse korrosiooniväsimuse ilma täiendava töötlemiseta, kui seina paksus on vahemikus 1,2–1,4 mm.