Wytrzymałość zmęczeniowa stali 1.4301 w 350st C

Witam, poszukuję informacji jak obliczyć wytrzymałość zmęczeniową stali 1.4301 w podwyższonej temperaturze. Jakie normy mają tu zastosowanie?

 

Ogólna zasada dla austenitycznych stali nierdzewnych mówi, że wytrzymałość zmęczeniowa tych stopów wynosi 30-35% wytrzymałości na rozciąganie zmierzonej w temperaturze pokojowej [1, 2]. Niektóre źródła podaj, że jest to nawet 50%, lecz bezpieczniej przyjmować tą wartość na poziomie 30% wytrzymałości na rozciąganie [3]. W przypadku ferrytycznych stali nierdzewnych wytrzymałość zmęczeniowa przyjmowana jest na poziomie 50-60% wytrzymałości na rozciąganie. Dla nierdzewnych stali austenitycznych jest ona niższa, co dodatkowo w połączeniu z ich wysokim współczynnikiem rozszerzalności cieplnej sprawia, że stale tej grupy są szczególnie podatne na zmęczenie cieplne [2].

W literaturze dostępne są dane dla temperatury pokojowej, przy założeniu, że jest to 50% wytrzymałości na rozciąganie i tak wytrzymałość zmęczeniowa (podczas zginania) dla stali w stanie przesyconym typu AISI 304 (1.4301) = 241MPa, a dla AISI 316 (1.4401)= 269 MPa [3].

Należy pamiętać, że na wytrzymałość zmęczeniową stali wpływają takie czynniki jak stan powierzchni, gdzie wartość wytrzymałości należy pomnożyć o współczynnik zależny od typu obróbki powierzchni. Dla stali polerowanej współczynnik jest równy 1,0, a dla powierzchni szlifowanej 0,9. Dla powierzchni toczonej lub ciągnionej na zimno wynosi on 0,65, a dla powierzchni walcowanej na gorąco 0,35 i dla powierzchni w stanie kutym 0,25. Oznacza to, że większa chropowatość powierzchni obniża wytrzymałość zmęczeniową stali [4]. Wytrzymałość spada także wraz ze wzrostem korozyjności środowiska eksploatacji.

W podanym przypadku proponuję sprawdzić wytrzymałość na rozciąganie w podwyższonej temperaturze i przyjąć 30-35% tej wartości. Na podstawie normy PN-EN 10088-3 [5] i PN-EN 10269 [6] umowna granica plastyczności Rp0,2 w temperaturze 350°C wynosi 104MPa, a wytrzymałość na rozciąganie Rm=380MPa. Przyjmując, że wytrzymałość zmęczeniowa wynosi 30-35% Rm w analizowanej temperaturze można ją wyznaczyć na poziomie wartość 114-133 MPa.

 

Literatura

[1]. Allegheny Ludlum, BLUE SHEET Technical Data, Stainless Steels Chromium-Nickel Types 302 (S30200), 304 (S30400), 304L (S30403), 305 (S30500), www.alleghenyludlum.com

[2]. Stainless Steels for Dwsigns Engineers, Austenitic stainless Steel, Chapter 6, ASM International 2008

[3]. Design Guidelines For The Selection And Use Of Stainless Steel. Nickel Development Institute, Publication 9014.

[4]. James Carvill,  Mechanical Engineer's Data Handbook, Elsevier, 1994.

[5]. PN-EN 10088-3, Stale odporne na korozję. Warunki techniczne dostawy półwyrobów, prętów, walcówki i kształtowników ogólnego przeznaczenia.

[6]. PN-EN 100269, Stale i stopy niklu na elementy złączne o określonych własnościach w podwyższonych i/lub niskich temperaturach.