симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 2), страница 8

Продолжать обобщение включив в него кобальт, ниобий, молибден и вольфрам, опасно из-за сложности межэлементных взаимодействий. Приведенные здесь данные позволяют выделить оптимальные составы, отличающиеся массопотерями с2 мг/смз за 100 ч. Это очень хорошая противоокислительная стойкость, при которой поверхностные' потери (с одной сторонъг образца) не превышают 0,025 мм.

Оксидные фазы, образуемые этими сплавами, подразделяют на две широкие группы. В одну из них, соответствующую сплавам с высоким содержанием алюминия, входят фазы типа трирутил, — А(зО„ЖА)зО4 и гч)(Та,гчЬ,'зч1,Мо)зОе, в другую груп у, упп, отвечающую низкоалюминиевым сплавам, — фазы !ч!О, Х)С~зО, !ч((зУ,Мо)зОс Этот подход еше раз демонстриру т желательность формирования алюминийсодержащих оксидов и приемлемость оксидов типа трирутил, образуемых тугоплавкими металлами. Пролгбгшленные сулерсплаеы. Аналогичное ранжирование примерно 20 промышленных сплавов выполнено в табл.

П.4. Все сплавы произвольно разделены на группы, отличающиеся друг от друга примерно втрое по массопотерям за 100 ч при о 1100 С. Выявить однозначно влияние химического состава значительно труднее, так как в отличие от рассмотренных ранее статистических исследований химический состав в данном случае не подвергали систематическим изменениям. И все же определенные тенденции проявляются (они выделены в таблице блоками концентраций тех или иных элементов); можно видеть, что для сплавов с оптимальной противоокислительной стойкостью характерно содержание 5-б% А), 3-9% Та и 0-2% Тг, подобно установленному в статистических исследованиях. На рис.11.18, б этн тенденции прелставлены графически в виде карты многоэлементного окисления; на карте показано, что с изменением содержания алюминия, тантала и титана связаны значительные изменения в массопотерях в условиях циклического окисления.

Для сравнения приведены данные по бинарным системам )з)з-А! и )з(1-Сг 1105!. Полезно заметить также, что линия А)+0,5Сг=10 для суперсплавов про- Т а л и ц а П.4. Раажаровваае вромышлсваык суаергвлааов ио стойкости а особеваостам камачесаого состава 1104ч 105) 'лаческому окислению (1-ч авилы' вра Группа Сплав — Ьзг'/Л, Солервавне легирувшик злемевтов, % мг/смз А! Сг ХЬ Та Мо \Ч (по массе) Со 0,13 0,40 Высокий (5 — 6%) Высокий (4-9%) Низкий (Π— 3%) 7,5 Я,О 10,0 10,0 10,1 З,О 13,5 0,12 1,10 0,10 0,10 1,9! 1,00 0,05 1,50 В 0,06 а !,0 1О,О 0,8 0,90 О 10 4,3 9,0 — [3,8) 2,0 7,0 -4%) Средний (2 4,0 10,0 — 0,10 Средний (4-5%) 4,0 5,5 4,3 5,0 5,0 Низкий (0-2%) о,ог 0,05 0,05 0,03 2,00 0,05 0,10 0,10 Высокий (3 — 5%) Низкий (2 — 4%) 3,9 О,О7 О,ет о,п 0,06 0,06 0,03 0,03 МАК М 221 4Я1,0 Н р н м е ч а в и е.

— ЬН'/А— 5,0 9,0 2,7 2,5 5,5 за 100 ч циклического окисление. щΠ— О 05 массопотери 4б 47 ХАБА ТК19 ЪЧ АО,6 Тнтт К О,б В 1900 0,9 В 1900+Н! 1,3 ТАЕ ВА 2,7 КЕХЕ 125 2,7 ЧГАБРАЕОУ 2,9 МАК М 247 30 ГХ 713С 5,5 КЕХЕ 120 6,4 ПВ!МЕТ 700 10,0 МАК М 246 10,0 МАК М 421 12,4 МАК М 200+Н! 16,4 МАК М 200 17,4 !Х 738 31,2 ГХ 792+Н! 45,2 1Х 939 79,4 !М 100 . 164,0 КЕХЕ ЯО 187,0 1ЛЭ!МЕТ 710 202,0 6,1 0,5 8,1 0,3 8,0 8,0 6,0 2,5 8,7 19,5 8,2 12,5 2,0 14,2 9,0 15,8 2,0 8,6 0,9 9,0 1,0 16,0 0,9 12,3 0,0 22,4 1,0 10,0 м,о 18,0 2,0 5,8 28 40 6,0 6,0 4,0 4,0 1,7 7,1 4,3 0,6 10,0 4,2 4,9 2,5 10,0 2,0 3,8 П,7 — 12,0 1,7 2,6 1,9 4,1 — 2,1 3,— 4,0 4,0 3,0 3,5 3,9 16,4 1,5 10,0 1,8 9Д 1,8 9,2 2,0 10,0 8,5 8,9 19,0 15,0 9,5 15,0 (Зсвоввые особенности состава ("зев!усни~ ) НГ А! Та Тз ходит в большей части через область оптимального режима окисления, иллюстрированного картой 1ч1-Сг-А1 на рис.11.8, в.

Это наводит на мысль, что влияние многих элементов оказывается незаметным на фоне влияния оказываемого хромом и алюминием. Более того, в промышленных сплавах с высоким содержанием алюминия также допускают пониженное содержание хрома и наоборот. Следовательно, отношение Сг/А1, нередко используемое в качестве индекса ожидаемой окисляемости, в сущности не является необходимой характеристикой состава сплава.

В самом деле, модельные сплавы с высоким содержанием А1 отличаются наибольшей потивоокислительной стойкостью, независимо от содержания хрома или отношения Сг/А! 1102-104!. Влияние значительных количеств кобальта (20%) на противоокислительную стойкость многих суперсплавов на никелевой основе вскрывает еще одно важное обстоятельство. Дело в том, что снижение содержания кобальта до 0-5 % благоприятно отражается на стойкости против циклического окисления сплавов при 1100 оС 11061. Это наблюдение находится в согласии с общеизвестным фактом худшей противоокислительной стойкости сплавов на основе кобальта в сравнении со сплавами на основе никеля. Объяснением этому служит быстрый рост рыхлых оксидов кобальта, а также типичное для подобных сплавов повышенное содержание тугоплавких металлов и пониженное содержание алюминия.

Дальнейшей оптимизации суперсплавов по противоокислительной стойкости можно достичь путем углубленного изучения роли и поведения ключевых легирующих элементов, уже упоминавшихся в рамках данной главы. Однако в наиболее жестких условиях применяют современные сплавы с покрытиями из МСгА1У или 1ч(А! — материалов, отличающихся высокой противоокислительной стойкостью. Эти материалы образуют соединение А1,Ою поэтому они привлекали повышенное внимание, и сегодня механизмы, контролирующие рост, адгезию и деградирование окалины изучены и поняты лучше у этих материалов, чем у суперсплавов. 12 гОряЧАЯ КОРРОМ~ ф С петтит и К.С Джштинс (ю,с.репй ацс! С.с.йзоо1лх~ 11п1теги11у о( Р111зЬцгеЬ, Реппху апс! Ргам й %Ь!1Ьеу.

Еазг Нагг(огд. Соппес11сц1) . ый вид деградации м еталлнческик материалов, ирвине Я1лст 11! необходимым условием ее об л ванное мычание за посл д протеканию являетсю разо об ванне на поверхности матери анного и мли шлака, что приводят к изменению характе характера вэаимодействиа л . Го ячав коррозию, т.е. .. коррозию, модифицнрован- сплава плана с окру:каюшей средой. р позе юности сплавов слоя осадка, оса а, происходит в котлах, ная присутствием на поверки льных двмгателях, глу лушмтелях двигателей внутрен- вмусоросмигаюших печах, диас ионного разъедания матер- него сгорания в газоны к т ниах.

Уровень коррозно й степени зависит от вида а и таких словиах, в значительно нна ачества подаваемого в зону горе чистоты используемого топлива, а также качест шчаю ко зню гораздо чаще встречается в промы ниах чем в авиационных. Природа горючей коррс ~~~" у ею зъеданне почти й роз им такова что вьиываемое ра с ланов, чем "обычная" кор мю в такой ме газово более сильной цеградацим сплю мод нцм ующего слоя осадка.

Даме в тех случаю среде, де, но без поверхностного р н осамденнн на его поверки рхностм солм азменяютс я, х, когда свойства сплава прн п я станем осадка усиление коррознонного нез иачительпо ~вюэанщю р сут ио в меня невелико, ск разъе дания в начальный период вре в енем возрастает мала в конце концов все равно со рем а. Ва:кной особенностью риала низма де цин материала. счет модификации самого меха а. процесса горячей коррозии являетсю то, что очень часто слон представляет оный ~~~ь ах горячая коррозию монет играть ~злю ак к , то ва:кное значение прндаетсю зк цив металлов и сплавов, то ва своей конечной целью созда- теоретическому нзучени ию этого авления, имеющее с юшнх повышенно сто й стойкостью к горячей корро- н ие сплавов и покрытяй, да ь яд достаточно под ых обзоров по проблеме го- зин.

Модно отметить целый ря остигн ы значительные успехи, 1 — 6. В этой области уме достигн ы рячей коррозии относительно де йствующнх механизмов коррозии и однако полного согласию о сих пор нет. В этой гл ве а влияния на нее различны х химических элементов д сплавов, а такие коррозв- рассмотрены механизмы гора рроз ачей ко ин металлов и с онная стоикость некоторых суперсплавов. 12.1. Влияние условий работы и испытания' начительной степени зависит Горячая орр ко озия материала в значи ва ок жающеи его газо вой среды, природы от состава сплава, о ру пературы.

Все поверхностного модифиц ру и и ющего осадка и тем о ость но и, что го- эти па аметры влияют не только на скорость, но и, эти параметр низм разъедания материала при раздо важне, ее на сам меха и с этим важное значение приобре- горячей коррозии. В связи с этим важное 49 тают натурные испытания материалов в рабочих условиях, которые обеспечивают получение исходных данных о коррозионной стойкости данного материала. В большинстве случаев, однако, условия, в которых протекают такие испытания, либо меняются со временем, либо не поддаются точному определению, вследствие чего полученные результаты трудно ис- Р- пользовать для идентификации действующих механизмов коровин. С целью обойти эти трудности были разработаны такие лабораторные методы испытания на горячую коррозию, в которых на основании известных из практики особенностей коррозионного разрушения материалов моделируются реальные условия эксплуатации металлов и сплавов.

Важным критерием адекватности результатов натурных и лабораторных методов испытания является сравнение степени деградации материала по изменению его микроструктуры. На рис. 12.1 представлены характерные особенности микроструктуры материалов силовых авиационных и корабельных газовых турбин, связанные с их разъеданием за счет горячей коррозии. Как видно, в материалах, работавших в авиационных двигателях, среди идентифицированных фаз обнаруживаются выделения сульфидов, которые отсутствуют в материалах корабельных турбин, работавших в морских условиях. Структура материала, испытанного в строго контролируемых лабораторных условиях, не должна отличаться от его структуры после работы в условиях реальной эксплуатации.

Из зкономических соображений также желательно, чтобы лабораторные методы обеспечивали ускоренное проведение испытаний. Все методы испытаний можно разделить на две группы. В одних основное внимание уделяется как можно более точному моделированию реальных условий эксплуатации материала. Примером могут служить методы стендовых испытаний материалов для газовых турбин с применением горелок 1. В других методах особое значение придается стро- 17, 81.

гому контролю за соблюдением заданных условий испытания. Конечно, и в этом случае реальные условия работы материала учитываются при выборе условий проведения эксперимента, однако основное внимание в отличие от стендовых методов испытания уделяется как можно более точной выдержке заданных условий. Как правило, такие эксперименты проводятся в лабораторных трубчатых печах 19, 101. 50 ~ я,;бе';;,:д;-:*';.;э' "! ',!:!!'.: '..*:::::; ою'!~-:: .' ' г,р:,'-,,--",,:.':,:.'-.../~::;;:: к '~;;~ъ~ ейнн нл,пестрнрувщие особенност Р" РУ ннкшие в процессе горячей коррозии гвэотурбннных мятериелов в ввнвцнн н морском Флоте: а — суперспляв В-19ОО нв ья основе (в ввивдвигателе) с влвмннндным покрытием, горячая коррозия тапа 1; б,  — характерные особенности, возникшие в покрытии и суперсплвве-подлонке в том месте, где проюошлв перфорвция покрытия соответственно; à — материал судового двигателя с покрытием СоСгАГУ, горячая коррозия типа П после 4ЮО ч эксплуатации; 1 — горячая коррозия; 2 — покрытие; 3 — сулэфнды 51 Стендовые испытания 53 Моделирование реальных условий работы материалов в газовых турбинах может осуществляться разными методами )7, 8).