симс (Симс Ч.Т., Норман С.С., Уильям С.Х., - 1995 Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Том 2), страница 9

Стендовые установки для проведения таких испытаний, как правило, состоят из горелок для сжигания газообразного или жидкого топлива, системы подачи топлива и воздуха, камеры сгорания и специального отсека для размещения образцов, где они могут закрепляться стационарно или в специальных держателях, допускающих быструю смену образцов. Чаще всего испытывают образцы цилиндрической формы, хотя иногда исполъзуют образцы аэродинамической формы или какой-либо другой конфигурации. Для получения на поверхности образцов слоя загрязняющего осадка в рабочий объем установки может вводиться соответствующее загрязняющее вещество, например морская вода, либо прямым впрыскиванием в камеру сгорания, либо подмешиванием в топливо.

Степень деградации при горячей коррозии материала может оцениваться разными способами, однако чаще всего используют методы определения потери массы образцов п тем У их взвешивания после снятия окалины и измерения глубины проникновения в материал продуктов взаимодействия сплава с окружающей средой )11). Для более полного описания специфических особенностей процесса горячей коррозии необходим детальный металлографический анализ образцов. С практической точки зрения результаты лабораторных исследований с помощью испытательных стендов имеют значение лишь в том случае, когда можно провести корреляцию между ними и данными по горячей коррозии материала в реальных условиях.

Как правило, условия проведения стендовых испытаний гораздо жестче реальных условий эксплуатации, поэтому при экстраполяции резулътатов таких испытаний на рабочие условия эксплуатации материалов требуется определенная осторожность, так как разница во внешних условиях может приводить к смене действующих механизмов коррозионной деградации материала.

Стендовые испытания удобны для ранжирования различных сплавов по степени их стойкости к горячей коррозии, однако предсказать долговечность конкретного сплава в конкретных коррозионных условиях, опираясь на результаты только таких испытаний, можно лишь в некоторых особых случаях. 52 Большинство стендовых установок работают при давлении окружающей средь, ре ы однако существуют также стенды высокого давления, в которых можно проводить испытания при повышенном давлении )12). Результаты, полученные на таких стендах, свидетельствуют, что хотя давление и оказывает некоторое влияние на скорость горячей коррозии, однако эффект не, столь велик, чтобы возникла необходимость в проведении е енин всех испытаний при повышенном давлении рабочей среды. Лабораторные испытания в трубчатых печах С шествуют различные варианты проведения испытании на горячую коррозию с Помощью трубчатых печей. Простейший способ — это выдержка в контролируемой газовой среде при определенной температуре образца с нанесенным на него слоем осадка требуемого состава [9).

Осадок обычно наносится. на подогретые (в100 еС) образцы напылением из раствора, содержащего смесь необходимых химических соединений. Кинетика горячей коррозии может определяться путем постоянного взвешивания образцов по ходу испытания. При некоторых условиях в процессе испытания может происходить испарение нанесенного модифицирующего слоя, что усложняет интерпретацию результатов и делает необходимым проведение деталъного металлографического анализа образцов после окончания температурной выдержки. Существуют методики, которые предполагают периодическое извлечение образцов из горячей зоны печи для очистки их поверхности от оксидной пленки. Для контроля за качеством поверхности коррозионно-стойких сплавов при их испытании также требуется периодическое удаление модифицирующего слоя осадка и повторное его нанесение перед продолжением эксперимента.

Иногда для этого достаточно окунуть образец в тигель с жидким осаждаемым веществом )9). Следует, однако, иметь в виду, что изменение любого из параметров, такого, например, как толщина слоя расплава на . поверхности образца, может существенным образом повлиять на результаты испытания данного сплава на горячую коррозию. Применение элекгрохилмгческой ячейки Так как горячая коррозия сплавов обычно происходит под слоем жидкого расплава соли то для для исследования этого процесса неоднократно предпринимали ь с попытки применить для изучения коррозии традиционные методы, использующиеся для в водной среде; В этих методах образцы, как правило, подвергаются воздействию такой же среды 1, что и при испытаниях в тиглях, а экспериментальная установка представляет из себя электрохимическую ячейку у, в состав которой входят электролит из расплава соли, эталонный электрод б грод, ра очий льных электро- возможно, несколько дополнительн дов.

Такие испытания обычно пров одятся для изучения своиств смеси солей [1 [ 3, 14] или для оценки коррозионной стойкости мате и ериала, из которого изготовлен абочий электрод [15, 16]. ра очий Типичные результаты по горячей коррозии некоторых суперсплавов под слоем расплава (Ха,К) 8О г 4 прн на рис..2. Эти данные сопоставляются с результатами измерения максимальной гл бины сплавов за 1М а М ч в зависимости от приложенного к электроду электрического потенциала.

Изме меняя значение потенциала, можно влиять на условия, существующие в расплаве. Например, при положительном потенциале можн канне следующей реакции: ожно ожидать п отеожн р 8О' — 8ог+172О+2, г (12.1) так как в ез льтате В этом случае расплав можно рассматривать ка ак кислый, в результате протекания реакции образуется 80 . г. 75 При подаче на электрод высокого отрицательного потенциала будут превалировать другие реакции: (12.2) 17'2Ог+2е — г Ог БОг +2е — БО, '+О' (12.3) БОг-+бе ~,Б+40г- (12.4) Следовательно, можно предположить, что расплав ' при этом обладает основными свойствами, так как в результате этих реакций образуются оксидные ионы. Данные, полученные из таких экспериментов, можно использовать для сравнительной оценки коррозионной стойкости разных сплавов в близких по составу расплавах.

Например, из данных, представленных на рис. 12.2, следует, что в качестве параметра, характеризующего стойкость материала к горячей коррозии, можно использовать значение электропотенциала, приложенного к электроду нз этого материала, при котором его разъедание пренебрежимо мало. Основываясь на представленных результатах, можно все рассмотренные материалы расположить в следующем порядке по степени возрастания их стойкости к горячей коррозии: 1Н-738<11ч-657<1Х-939, 1Х-597.

Сложности проведения таких экспериментов обычно связаны с необходимостью удержания образца под толстым слоем расплава. Кроме того, в каждом конкретном случае состав расплава может быть разным. И, наконец, такие эксперименты не позволяют определять различие в поведении разных сплавов при таких значениях потенциала, когда сколь- нибудь значительное разъедание материала отсутствует.

$ го ы 5 -гооо -гооо . -иго о ооо и, лО 54 Рвс.12.2. РезУльтаты полч ченные путегг сснпл испытвнвя и не срввенвн с Результвтаыи лоРРезии в сУ"егсплввег 1151 1 Сг. 2 — ПЧ 597 3 — 1Х 657 4 ПЧ 728; 5 — 11Ч дэд 12.2. Кинетика деградации материала при горячей коррозии Одна из проблем, возникаюшая при изучении процесса горячей коррозии металлов и сплавов, связана с изменением механизма деградации материала в процессе его коррозионного разъедания. Определение временной зависимости развития горячей коррозии показывает (рис, 12.3), что существуют две явно выраженные стадии коррозионного разъедания материала: начальная стадия, на которой разъедание незначи- 55 -Гг а 200 Еар 500 000 ГППО 1200 ГЕ 00 Рнс.12.3.

Сплавы ЬЯ вЂ” 15Сг — 6А! — 0,1 г' (1), Ьх — 17Сг-11А! — 0,5 г' (2), Со — 17Сг — 12А1 — 0,5У (3) и Со-25Сг — 6А1-0,5г (4), полученные скаждением нз паровой фазы. изменение массы (Ьчг/А) в результате пиклической (1- ) ра ррозви при 900 оС под слоем (около 1мг/смз) гГа БО4 в воздушной чей ко ви п ей е ы4чосйере; слой азЯО4 наноснлн ка:кдые 20 ч. Сильное коррозион~~ д стаи наблыдалн каждый раз при увеличении нлн уменьшении массы нос возтельно, и следующая за ней вторая стадия, характеризующаяся резким усилением разъедания. Металлографический анализ образцов показывает, что в зависимости от времени испытания микроструктура материала с усилением степени его разъедания заметно меняется.

На начальной стадии горячей коррозии она мало отличается от структуры, характерной для образцов, корродировавших без модифицирующего слоя соли, однако затем, по мере увеличения скорости разъедания, различия между ними становятся все более значительными. Такая тенденция развиваться в две стадии, а именно, начальной стадии инициирования и последующей стадии развития, является общей характерной особенностью процесса горячей коррозии. Коррозионная стойкость сплавов обеспечивается за счет образования на их поверхности защитного слоя из продуктов некоторых химических реакций и, следовательно, экспериментально наблюдаемая кинетика деградации материала связана с заменой более стойкого защитного слоя из продуктов реакции, протекающей в первую очередь, на менее стойкий из продуктов другой реакции, протекающей позднее. 12.3. Начальная стадия горячая коррозии На начальной стадии горячей коррозии происходит окисление 56 элементов сплава и переход электронов от атомов металлов, склонных к ок л ислению, к находящимся в осажденном слое атомам эле м элементов, способных к восстановлению.

В ольшинстве случаев на этой стадии процесса происходит восстановление тех же л элементов что при обычной коррозии без модифицирующего осадка. Вследствие этого свойства защитного барьера из продуктов химических реакций, образующегося в это время на поверхности сплава под слоем осадка, обычно не отличаются от свойств такого же барьерного слоя, образующегося при прямом взаимодействии сплава с газовой средой. Однако по мере развития процесса горячей коррозии начинают проявляться некоторые особенности, свидетельствующие о влиянии осажденного модифицирующего слоя соли на процесс коррозии.

Так, например, в ряде случаев горячая коррозия сопровождается заметным увеличением числа частиц сульфилов, вылеляющихся на поверхности сплава под барьерным слоем из продуктов химических реакций (рис. 12.4). В других случаях происходит точечное протравливание барьерного слоя и проникновение через него расплава осажденной соли. Так или иначе, в конце концов защитные свойства барьерного слоя, образующегося за счет селективного окисления сплава, резко снижаются и процесс горячей коррозии переходит в стадию развития. Двустадийность процесса деградации материала при горячей коррозии ии не всегда проявляется достаточно отчетливо, и время, в течение которого стабильность.