Указом Президиума Верховного совета СССР от 28 декабря 1977 г. НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова было награждено орденом  Октябрьской Революции.
Материаловедение (машиностроение)

ПРОГРАММА

вступительного экзамена в аспирантуру по специальности
05.16.09 – Материаловедение (машиностроение)


1. Общие сведения об оборудовании ТЭС и механических свойствах конструкционных материалов.

1.1. Оборудование ТЭС и общие требования к его прочности.

1.1.1.Основные определения.

1.1.2.Тепловые электрические станции (ТЭС).

1.1.3.Общие требования к прочности оборудования ТЭС.

1.2..Краткие сведения о прочности и пластичности материалов и сварных конструкций.

1.2.1.Твердость и прочность.

1.2.2.Пластичность.

1.2.3.Хрупкость.

1.2.4.Напряжения, деформации и условия разрушения при сложном напряженном состоянии.

 

2. Материалы, применяемые в энергомашиностроении.

2.1. Требования, предъявляемые к материалам основных деталей турбин, котлов, турбоагрегатов и компрессоров.

2.1.1.Требования, предъявляемые к материалам деталей газовых турбин.

2.1.2.Требования, предъявляемые к деталям паровых турбин.

2.1.3.Требования, предъявляемые к материалам деталей компрессоров.

2.1.4.Требования, предъявляемые к материалам деталей котлов.

2.1.5.Требования, предъявляемые к материалам деталей турбогенераторов.

2.1.6.Требования, предъявляемые к материалам редукторов.

2.1.7.Требования, предъявляемые к материалам деталей энергетических насосов.

 

2.2. Материалы, применяемые в энергетике.

2.2.1.Материалы различных деталей. Физические свойства.

2.2.2.Железные сплавы, применяемые в энергомашиностроении.

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали.

Классификация сталей по их применению.

Строительные, автоматные и арматурные стали.

Малоуглеродистые конструкционные стали.

Конструкционные улучшаемые стали.

Теплостойкие, жаропрочные, жаростойкие и нержавеющие стали.

Высокопрочные стали.

Немагнитные стали.

Стали для пружин.

Стали для штампов.

Износостойкие стали.

Электротехнические стали.

Чугуны.

 

2.2.3.Цветные сплавы, применяемые в энергомашиностроении.

Сплавы на никелевой основе.

Титановые сплавы.

Кобальтовые сплавы.

Композиционные материалы.

Алюминий и его сплавы.

Медные сплавы.

Оловянистые сплавы.

Магниевые сплавы.

2.2.4.Керамические материалы.

2.2.5.Литые наплавочные материалы.

2.2.6.Термическая обработка сталей и сплавов на никелевой основе.

2.2.7.Покрытия и методы поверхностного упрочнения сталей и сплавов.
Покрытия. Упрочняющая механическая и термическая обработка.

2.3. Обозначения отечественных и зарубежных металлических материалов.

 

3. Типовые разрушения элементов энергооборудования
при
эксплуатации и стендовых испытаниях.

3.1. Повреждения деталей паровых турбин и арматуры.

3.1.1. Конструкции паровых турбин и условия их работы.

3.1.2.Рабочие лопатки.

3.1.3.Бандажная лента и демпферная проволока.

3.1.4.Роторы.

3.1.5.Корпусы.

3.1.6.Арматура.

3.2. Повреждения деталей газовых турбин

3.2.1. Конструкции ГТУ и условия их работы.
3.2.2.Диски турбин.

3.2.3.Рабочие лопатки турбин.

3.2.4. Направляющие лопатки турбин. 3.2.5.Лопатки и диски компрессоров. 3.2.6.Статорные детали.

3.2.7.Покрытия на лопатках.

3.3. Повреждения шестерен редукторов

3.4. Повреждения элементов котлов

3.4.1.Конструкции паровых котлов и условия их работы.

3.4.2.Повреждения барабанов.

3.4.3.Повреждения пароперегревателей.

3.4.4.Повреждения экранных труб.

3.5. Повреждения трубопроводов.
3.5.1.Прямые участки.

3.5.2. Гибы.

3.5.3.Повреждения от ползучести.

3.6. Повреждения деталей турбогенераторов.

3.6.1.Конструкции турбогенераторов и условия их работы.

3.6.2.Роторы

3.6.3.Бандажные кольца.

3.7. Повреждения деталей энергетических насосов.
3.7.1.Конструкции насосов и условия их работы.
3.7.2.Корпусы.

3.7.З.Валы.

3.7.4.Уплотнения.

4. Коррозия материалов и ее влияние на прочность деталей энергоустановок.

4.1. Коррозия материалов в воде и паре.

4.1.1.Коррозия котельных сталей и материалов конденсатно-питательного тракта.

4.1.2.Коррозия трубных систем подогревателей и конденсаторов из медных сплавов.

4.2.Межкристаллитная и язвенная коррозия сталей.

4.3.Коррозионное растрескивание.

4.4.Коррозионная усталость.

4.5.Высокотемпературное окисление.

4.6.Сульфидно-оксидная коррозия лопаток газовых турбин. 4.7.Ванадиевая коррозия.

4.8.Сопротивление эрозии.

4.8.1.Методы исследования эрозионных процессов

4.8.2.Эрозия элементов проточной части энергетических машин.

4.8.3.Механизмы эрозионного разрушения

4.9.Прочность защитных покрытий в коррозионной среде.

4.10.Контактная коррозия.

4.11.Коррозия в жидкометаллических теплоносителях.

4.11.1.Термический перенос массы.

4.11.2.Изотрмический перенос массы.

4.11.3.Перераспределение неметаллических примесей из твердого металла в жидкий.

4.12.Фреттинг-коррозия и фреттинг-усталость.

4.13.Коррозия тепловых сетей.

4.13.1.Состояние изоляции трубопровода.

4.13.2.Электроизолирующие прокладки.

4.13.3.Электроизолирующие неподвижные и подвижные опоры труб.

4.13.4.Электроизолирующие фланцы.

4.13.5.Система оперативного дистанционного контроля (ОДК).

4.13.6.Катодная защита.

4.13.7.Локальная защита от коррозии.

4.13.8.Другие мероприятия по устранению или уменьшению вредного влияния гальванических коррозионных элементов на тепловые сети.

4.14.Водородная коррозия.

5. Методы исследования структуры материалов.

5.1.Металлографические методы.

5.1.1.Макроскопический анализ.

5.1.2.Микроскопический анализ.

5.1.3.Количественная металлография

5.2.Основы рентгеноструктурного анализа.

5.2.1.Природа и спектры рентгеновского излучения.

5.2.2.Ослабление рентгеновских лучей.

5.2.3.Дифракция рентгеновских лучей.

Элементы кристаллографии.

Основные уравнения дифракционного анализа.

Методы исследования кристаллов

5.2.4.Интенсивность дифракционных линий

5.3.Рентгеноструктурный анализ материалов.

5.3.1.Экспериментальные особенности метода поликристалла.

5.3.2.Индицирование рентгенограмм

5.3.3.Прецизионные измерения периодов решетки

5.3.4.Анализ твердых растворов

5.3.5.Построение диаграмм состояния

5.3.6.Фазовый анализ.

Качественный фазовый анализ.

Количественный фазовый анализ.

5.3.7.Анализ напряжений и дисперсности.

Анализ макронапряжений

Анализ микронапряжений.

Анализ дисперсности

5.3.8.Анализ текстур.

5.4.Физико-химический фазовый анализ.

5.4.1.Основы метода.

Электрохимическое изолирование фаз.

Определение фазового состава.

Определение химического состава и количества фаз.

5.4.2.Фазовый анализ стали.

5.4.3.Фазовый анализ сплавов на никелевой основе.

5.5.Электронная микроскопия.

5.5.1.Просвечивающая электронная микроскопия.

Основы метода.

Область использования ПЭМ.

5.5.2.Растровая электронная микроскопия.

Получение изображения.

Применение РЭМ для исследования материалов.

5.6.Рентгеноспектральный микроанализ.

5.6.1.Основы метода и схема микроанализатора.

5.6.2.Качественный и количественный анализ.

5.7.Современное оборудование для исследования структуры материалов.

6. Ползучесть и длительная прочность металлических материалов.

6.1.Основные определения.

6.2.Методы обработки экспериментальных данных.

6.2.1.Зависимости скорости ползучести на стадии установившейся ползучести.

6.2.2.Методы аппроксимации кривых ползучести.

6.2.3.Характеристики длительной прочности.

6.2.4.Изохронные кривые ползучести.

6.2.5.Параметрические зависимости.

6.2.6.Методы экстраполяции.

6.2.7.Влияние на длительную прочность структурных изменений в материале при эксплуатации.

6.3.Основные закономерности ползучести.

6.3.1.Влияние температуры.

6.3.2.Влияние уровня напряжений.

6.3.3.Влияние предварительной пластической деформации.

6.3.4.Влияние нейтронного облучения.

6.3.5.Влияние величины зерна.

6.3.6.Особенности характера разрушения и накопления повреждений.

6.3.7.Обратное упругое последействие.

6.3.8.Релаксация напряжений.

6.3.9.Уравнение со структурными параметрами.

6.4. Классификация процессов ползучести

6.5. Модели ползучести.

6.5.1.Реологические модели ползучести.

6.5.2.Теории ползучести.

6.6.Базовые эксперименты для определения параметров.

6.7.Проверка применимости моделей при переменных напряжениях.

6.8.Влияние ползучести на сопротивление упруго-пластическому деформированию.

6.9.Циклическая ползучесть.

6.10.Ползучесть и длительная прочность в условиях сложного напряженного состояния.

6.11.Скорость роста трещин ползучести.

6.12.Пример обобщения экспериментальных данных по свойствам

ползучести и длительной прочности сталей типа Х18Н10Т.

7.Колебания элементов турбомашин.

7.1.Основные определения.

7.2.Колебания рабочих лопаток турбомашин.

7.2.1.Понятие о собственных колебаниях лопаток турбомашин и их классификация.

7.2.2.Влияние закрепления, температурных полей и центробежных сил на колебания лопаток.

7.3.Колебания пакетов лопаток.

7.4.Колебания рабочих колес турбомашин.

7.4.1.Колебания дисков.

7.4.2.Особенности колебаний рабочих колес.

7.4.3.Построение резонансных диаграмм (Кэмпбелл-диаграмм).

7.5.Причины возбуждения колебаний лопаточного аппарата турбомашин и меры борьбы с ними.

7.5.1.Отстройка от опасных резонансных режимов.

7.5.2.Снижение уровня вынужденных колебаний лопаточного аппарата.

7.5.3.Предотвращение опасных самовозбуждающихся колебаний.

7.6.Колебания роторов турбомашин.

7.6.1.Понятие о колебаниях и критических скоростях ротора.

7.6.2.Прецессионное движение ротора и влияние гироскопических сил.

7.6.3.Причины колебаний роторов и методы борьбы с ними.

7.6.4.Совместные колебания ротора с лопатками.

7.7.Колебания других элементов турбоагрегата.

8. Усталость материалов и сварных конструкций.

8.1.Основные определения.

8.2.Факторы, влияющие на сопротивление усталости материала в конструкции.

8.2.1.Роль концентрации напряжений

8.2.2.Влияние постоянного компонента нагрузки на усталость

8.2.3. Влияние повышенной температуры на усталость.

8.2.4.Влияние вида напряженного состояния на усталость.

8.3.Усталость при случайном нагружении.

8.3.1.Особенности переменного нагружения деталей машин и конструкций.
8.3.2.Правило линейного суммирования повреждений.

8.4. Малоцикловая усталость.

8.4.1.Циклические, кривые.

8.4.2.Критерий разрушения.

8.4.3.Расчеты усталости при случайном нагружении. 8.5.Распространение трещин усталости. 8.6.Коэффициент интенсивности напряжений.

8.6.1.Определение коэффициента интенсивности напряжений.

8.6.2.Методы расчета коэффициентов интенсивности напряжений.

8.6.3.Пластическая зона у вершины трещины.

8.6.4.Эффекты концентрации напряжений.

8.7.Факторы, влияющие на подрастание трещин.

8.7.1.Подрастание трещин при случайном нагружении.

8.7.2.Расчет долговечности при подрастании трещины. Остаточный ресурс конструкций.

9. Термическая усталость и методы прогнозирования надежности конструкций
при термоциклическом нагружении.

9.1.Введение.

9.2.Примеры термоусталостных повреждений деталей при эксплуатации.

9.3.Сопротивление металлических материалов циклическому деформированию.

9.4.Влияние различных факторов на сопротивление термической усталости

материалов и конструкций.

9.4.1.Влияние состава сплава и его пластичности.

9.4.2.Влияние асимметрии цикла нагружения.

9.4.3.Влияние максимальной температуры и периода цикла.

9.4.4.Влияние концентрации напряжений и неметаллических включений.

9.4.5.Влияние покрытий.

9.4.6.Влияние окружающей среды.

9.5.Повреждение материалов и методы его оценки при сложных программах нагружения.

9.6. Критерии разрушения и методы расчета долговечности и запасов прочности деталей при термоциклическом нагружении.

9.7. Методы расчета живучести.

9.8.Методы экспериментального определения характеристик материалов.

9.9.Методы расчетного определения нестационарных температурных полей в деталях.

9.10.Пример определения размаха деформаций за цикл при термоциклическом нагружении лопатки.

10. Методы неразрушающего контроля элементов конструкций
в процессе изготовления и эксплуатации

10.1.Капиллярный контроль.

10.2.Металлографический контроль методом реплик.

10.3.Магнитопорошковая дефектоскопия.

10.4.Ультразвуковой контроль.

10.5.Рентгеновская дефектоскопия.

10.6.Гамма дефектоскопия.

10.7.Рентгеновский метод определения остаточных напряжений. 

 

11. Методология продления назначенного ресурса деталей и
нормативные документы, используемые для контроля их состояния.

11.1.Запасы прочности.

11.1.1. Основные определения.

11.1.2.Достоверность оценки НДС при использовании МКЭ.

11.1.3.Запасы статической прочности.

11.1.4. Запасы циклической прочности.

11.2.Методология продления назначенного ресурса.

11.3.Экспертная система контроля и оценки условий эксплуатации котлоагрегатов ТЭС.

11.4.Нормативные документы.

Список рекомендуемой литературы:

 

  1. Химико-термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. Абрамов Н.В., Елисеев Ю.С.. М., «Интермет Инжиниринг», 2001, 621 с.
  2. Материалы и прочность оборудования ТЭС. Учебное пособие. Под общей редакцией Боровкова В.М. и Гецова Л.Б. Санкт Петербург. Изд-во Политехнического университета, 2008, 610с.
  3. Станюкович А.В.Хрупкость и пластичность жаропрочных материалов М: Металлургия 1967, 199с.
  4. Копельман Л.А. Основы теории прочности сварных конструкций. Учебное пособие. Санкт Петербург, Издательство Политехнического университета , 2007, 278с.
  5. Физические основы торможения разрушения. В.М.Финкель. М., Металлургия, 1997, 360с.
  6. Суперсплавы П: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Под редакцией Шалина Р.Е. М., Металлургия, 1995, 325с.
  7. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. Брандон Д., Каплан У., М., Техносфера, 2006, 3777с.
  8. Жаропрочность никелевых сплавов. Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р., М., Машиностроение, 1998, 463с.
  9. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии. Под редакцией Лебедева А.А. Киев, Наукова думка, 2003, 535с.
  10. Прочность и долговечность при ползучести. Балина В.С., Ланин А.А., Политехника, 1995, с.180.
  11. Прочность энергетических машин. Учебное пособие. Ласкин А.С., Зуев А.В., Стрижак Л.Я., Л., Издание ЛПИ, 1987, 180с.
  12. Механизм фреттинга и фреттинг-усталость высоконагруженных малоподвижных соединений ГТД и ЭУ. Петухов А.Н., Труды ЦИАМ №1338, ЦИАМ 2008, 203с.
  13. Борздыка А.М. Методы горячих испытаний металлов. М., 1962, 488с.
  14. Лебедев А.А., Ковальчук Б.И., Гигиняк Ф.Ф., Ломашевский В.П. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии. Киев-2003, 353с.