симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 2), страница 14

И хотя это влияние действительно может быть весьма значительным, все-же многочисленные данные свидетельствуют, что низкотемпературная горячая коррозия возможна и без хлоридов. Ее появление скорее связано с относительно высоким давлением ВОз в газовой фазе и с образованием назашишаюших оксидов на поверхности материала ?? йарушение окопаны и-па реакций, р кпязпрыг учасшуушш оксиуные ионы Нарушение окалины окогоуаря рео срчаптгпч Звз, Угвя, Мейз МеОз, 1У0з,ргбз лосшаряяшлпг к псарку р регульшалл окисления сллпра 50з Угбз постапьляшлхя к опорку с гашаьги Лплюкпн Нарушение окалины у рюулылаше реакггий с оксиртни Нарушение окалины р регушшалш окисления сулгчушязу Рис.12.16.

Схема, иллактрируюшая температурные диапазоны и составы газовой йюзы, в пределах которых приобретают определявшее значение механизмы распространенна горачей коррозиаз 1 — кислое шлакованве посредством реакций с газовой Фазой: сульФурирование, 2 кислее , шлакевавие посредством реакций со сплавом; есновнее шлакованис; сульфуриреванне; 3 смесь Оз ЗОЗ т,'с 79 177 ЧЯ 517 под деиствием кислого жидкого осадка. Следует, однако, отметить, что значительная часть данных по г по горячей коррозии П рода получена при стендовых испытаниях или лабораторных испытаниях в трубчатых печах, условия при которых заметно отличаются от реальных условий работы материалов в газовых турбинах [47$ Поэтому заранее влиянием хлоридов пренебрегать не следует.

При появлении условий, благоприятствующих проявлению влияния хлоридов, коррозионное разъедание во всем интервале температур от низких, таких как 700 С до примерно 1000 С резко усиливается [48[. 12.5. Эффекты .. Эффекты, связанные с влиянием на горячую коррозию различных химических элементов Прежде чем обсуждать влияние на горячую коррозию различных химических элементов полезно будет обобщить все известные сведения о механизмах развития горячей коррозии с указанием условий, при которых они становятся доминирующими.

На рис. 12.15 представлена схематическая диаграмма, показывающая основные механизмы горяч " о ячей коррозии и их специфические особенности, а на рис. 12.16 — области температур и составы газовой среды, при которых они доминируют. Здесь важно подчеркнуть, что при высоких температурах длительность начальной стадии горячей коррозии больше, чем при низких, и это следует учитывать при сравне енин рос ей горячей коррозии при разных температурах. Значения скоростей, приводимые для разных механизмов на р , репы уже на стадии развития горячей корне. 12.16 изме н розни. Как в н р . ид о, коррозионное разъеданне при низких тем- орпературах сильнее„когда в газовой фазе присутствует БО .

Это связано с н с теМ, что если 8Оз отсУтствУет, осадок часто не становится жидким; таким образом, присутствие БО„ способствующее формированию жидкофазного осадка, вызывает гораздо более сильное разъедание при пониженных температурах. Сульфидация возможна во всем температурном интервале, но как и в предыдущем примере, вызываемое ею разьедание при пониженных температурах не столь значительно, если осажденный слой конденсируется не как жидкая фаза. Температурные области доминирования других механизмов были выбраны на основании приведенных ых ранее в этой главе 78 сведений. Эта схема не учитывает влиян ие хлорида натрия. г ~ ю г гг Защошная окалина нарушаешся у лроуессе ооычного окисления Рис.12.15.

Схематическее представление механизмов нарушения мшитной скалины сплавов, проявляюших благодаря избирательному ебразованию барьерных оксидных слоев повышеянее сопротивление выспкетемпературнему окислеи а у ию горячей кпррозии При высоких температурах вызываемое хлоридом .разъедание эквивалентно действию других механизмов развития коррозии. При пониженных температурах он определенно будет вызывать более сильное разъедание, чем 1Чаэ8Ои если только в газовой фазе не будет ЗОэ. Бели же 8О, присутствует в газовой фазе, то ХаС! будет превращаться в 1чаэ8О,; однако на воздухе вызываемое 1ЧаС1 разъедание может быть столь же сильным, как и разъедание вызываемое Маэ8О, в ЯОэ при низких температурах.

При горячей коррозии П рода формируется специфическая микроструктура 1см. рис. 12.1, г и 12.13). Коррозионное разъедание при низкой температуре может происходить путем газофазного кислого флюсования, сулъфидации или за счет влияния хлоридов. Обычно под характерной микроструктурой подразумевается структура, формирующаяся при коррозии в ' интервале б50-850 оС при наличии ЗО, в газовой фазе.

При этих условиях развивается процесс газофазного кислого флюсования или сулъфидации, в зависимости от состава сплава. Высокотемпературная горячая коррозия„или коррозия 1 рода, происходит в интервале 800-1000 оС и вызывает формирование микроструктуры, показанной на рис. 12.1, 6, 12.1, в или 12.4.

Одна может протекать за счет основного флюсования, сулъфидации или твердофазного кислого флюсования. Ниже рассмотрено влияние различных химических элементов на горячую коррозию сплавов. Классификация проведена по механизмам развития коррозии, представленным на схеме на рис, 12.15. Как следует из вышеизложенного, доминирующий механизм развития коррозии в каждом конкретном случае определяется условиями испытания. Основное флюсование Как никель, так и кобалът чувствительны к коррозионному разъеданию путем основного флюсования. В их повелении нет сколь-нибудь значительной разницы 19, 491. Горячая коррозия чистого железа не изучена, так как при температурах выше приблизительно 650оС железо очень быстро окисляется даже в отсутствие условий для горячей коррозии.

Эффекты, связанные с другими элементами, будут рассмотрены в той степени, в какой эти элементы влияют на сплавы на основе никеля, кобальта и железа. 80 Хром подавляет разъедание за счет основного флюсования в сплавах на основе никел, никеля кобальта и железа. Он вызывает понижение концентрации оксидных ионов до уровня, при котором взаимодействие с ЖО, СоО и, возможно, оксидами железа становится невозможным. Бели концентрация хрома достаточно высока дл я образования защитной окалины Сг,О„ соп отивление сплава горячей коррозии заметно возрастает. сопро Алюминий подавляет основное флюсование, есл если его концентрация доста о аточна высока для образования сплошной окалины А1,О,.

Однако, в отличие от хрома, он не предотвращает разъедали я МО и СоО окалин оксидными ионами. Титан не оказывает никакого заметного влияния на коробальта розионную де „ еградацию сплавов на основе никеля, ко а или железа, если она происходит по механизму основного флюсования. Однако исследования влияния этого элемента были немногочисленны. Тугоплавкие элементы, такие как молибден, вольфрам и ванадий, могут подавлять основное флюсование [50$ Оксиды этих элементов взаимодействуют с оксидными ионами и таким образом подавляют их взаимодействие, „'О, С О с А1О %О, СоО и т.д. Эффект сходен с влиянием хрома, но при использовании молибдена, вольфрама и ванадия для подавления основного флюсования существует опасность появления кислого флюсов ания.

Тантал также способен подавлять основное флюсование, но менее эффективно, чем хром. В то же время в противоположность другим элементам, упрочняющим твердый раствор, таким как молибден, 'вольфрам и ванадий„он не вызывает кислого флюсования. другие элементы, встречающиеся в составе суперсплавов или их покрытий, не оказывают явно выраженного влияния на горячую коррозию сплавов за счет основного флюсования. Покрытия, на которых в процессе работы образуется окалина из диоксида кре ремния, нежелателъны из-за очень высокой чувствительности диоксида кремния к основному флюсованию. Газофазное кислое флюсование Практически все сплавы чувствительны к газофазному кисло- му флюсованию.

Сплавы на основе кобальта немного более чувствительны, чем никелевые или железные сплавы из-за 81 большей стабильности СТО, по сравнению с 1ч18О, и РеБОо однако практического значения эта разница не имеет. Окалина А1,О„существующая на поверхности сплава„подавляет процесс газофазного кислого флюсования, но лишь до тех пор, пока он не переходит в стадию развития и в этом случае скорость горячей коррозии уже мало зависит от концентрации алюминия в сплаве. В то же время исследования микроструктуры показали, что коррозионное разъедание в этом случае преимущественно распространяется но богатым алюминием фазам [361.

Увеличение концентрации хрома в сплаве не увеличивает длительность начальной стадии газофазной кислой коррозии, однако вызывает снижение скорости коррозии на стадии развития [511. Из литературных данных можно сделать вывод, что кобальт-хромовые снлавы обладают нрекрастной стойкостью против низкотемпературной горячей коррозии [341. Некоторые кислороло-активные элементы (например, т ), добавляемые в сплавы для улучшения сцепления оксидной окалины с металлической подложкой, являются слабыми местами, по которым расплавленный осадок может проникать сквозь защитную пленку окалины [52[.

Оксиды таких элементов часто как струны проходят через всю толщину окалины А1,О, и легко вступают в реакцию с кислым расплавом осадка. В сплаве, однако, существуют и другие слабые места, через которые соль может нроникать через оксидную пленку [521, так что само но себе присутствие в сплаве кислорода-активных элементов не слишком заметно сказывается на снижении длительности начальной стадии коррозии. Большинство других элементов, присутствующих в супер- сплавах и материалах покрытий этих сплавов, не оказывают сколь-нибудь значительного влияния на процесс газофазного кислого флюсования. Исключительно высоким сопротивлением кислотному флюсованию обладает окалина диоксида кремния, формирующаяся на поверхности некоторых покрытий.

Эти оксиды слабо растворимы в кислых расплавах (рис. 12.12) и такие защитные окалины часто образуются на сплавах с достаточно высоким содержанием кремния. Использованию таких окалин как части системы зашиты сплавов препятствует, однако, их высокая чувствительность к коррозионной деградации за счет основного флюсования. 82 Твердофазное кислое флюсование Твердофазное кислое флюсование связано с присутствием в составе сплава некоторых тугонлавких элементов, особенно молибдена, вольфрама и ванадия.

Лля предотвращения такой формы горячей коррозии необходимо поддерживать концентрацию этих элементов на достаточно низком уровне. Точное значение допустимой концентрации зависит от условий работы сплава. Практически нет никакой разницы в коррозионном разъедании сплавов на основе никеля, кобальта и железа, имеющих в своем составе тугоплавкие элементы. За исключением хрома все другие элементы не оказывают никакого заметного влияния на процесс твердофазного кислого флюсования. Однако так как для стимулирования этой формы горячей коррозии требуется достаточно сильное окисление тугоплавких металлов, то все элементы, способствующие селективному окислению алюминия или хрома в составе суперсплава, в известном смысле могут рассматриваться как примеси, подавляющие твердофазное кислое флюсование.

Горячая коррозия иод дейегвиел серы (сульфидация) Горячая коррозия, обусловленная присутствием. серы, часто нротекает в виде основного флюсования, так как за счет формирования сульфидов в сплавах в расплаве осадка происходит образование оксидных ионов. Как можно видеть на рис.12.13, некоторые никелевые сплавы гораздо более чувствительны к такому 'виду горячей коррозии, чем кобальтовые сплавы. Отсюда можно сделать вывод, что сплавы на основе кобальта обладают более высоким сопротивлением горячей коррозии, чем сплавы никеля. Однако такое утверждение в общем неверно и справедливо лишь для некоторых видов горячей коррозии. Разница в коррозионном разъедании при высокотемнературных испытаниях сплавов на основе никеля и кобальта, содержащих хром и алюминий (см. рис.