zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-10-54-62zldm-1508Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMECHANICAL TESTING METHODSЭффект Ребиндера при испытаниях жаропрочных сплавов в контакте с расплавами солейThe Rehbinder effect in tests of superalloys in contact with molten saltsГецовЛ. Б.GetsovL. B.

Леонид Борисович Гецов

191167, г. Санкт-Петербург, Атаманская ул., д. 3/6

Leonid B. Getsov

3/6, Atamanskaya ul., St. Petersburg, 191167

guetsov@yahoo.comБаландинаМ. Ю.BalandinaM. Yu.

Мария Юрьевна Баландина

191167, г. Санкт-Петербург, Атаманская ул., д. 3/6

Maria Yu. Balandina

3/6, Atamanskaya ul., St. Petersburg, 191167

ГрищенкоА. И.GrishchenkoA. I.

Алексей Иванович Грищенко

191167, г. Санкт-Петербург, Атаманская ул., д. 3/6

3/6, Atamanskaya ul., St. Petersburg, 191167

Alexey I. Grishchenko

ЛаптевА. Б.LaptevA. B.

Анатолий Борисович Лаптев

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Anatoly B. Laptev

17, ul. Radio, Moscow, 105005

laptev@bk.ruПузановА. И.PuzanovA. I.

Алексей Игоревич Пузанов

614990, г. Пермь, Комсомольский пр., д. 93, корп. 61

Alexey I. Puzanov

93/61, Komsomolsky prosp., Perm’, 614990

puzanov-ai@avid.ruНаучно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. ПолзуноваРоссияI. I. Polzunov Scientific and Development Association on Research and Design of Power EquipmentRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт авиационных материаловРоссияAll-Russian scientific Research Institute of Aviation MaterialsRussian FederationОДК-АвиадвигательРоссияUEC-AviadvigatelRussian Federation20211810202187105462Copyright © Гецов Л.Б., Баландина М.Ю., Грищенко А.И., Лаптев А.Б., Пузанов А.И., 20212021Гецов Л.Б., Баландина М.Ю., Грищенко А.И., Лаптев А.Б., Пузанов А.И.Getsov L.B., Balandina M.Y., Grishchenko A.I., Laptev A.B., Puzanov A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1508

Обсуждаются результаты проявления эффекта Ребиндера при испытаниях жаропрочных сплавов в контакте с коррозионными средами, содержащими Na2SO4 + NaCl. Цель исследования — экспериментальное изучение влияния солей, содержащих хлор и серу, при высоких температурах на механические свойства и длительную прочность монокристаллического и порошкового жаропрочных сплавов на никелевой основе. Практическая ценность работы связана с возможной эксплуатацией деталей газовых турбин в условиях попадания в проточную часть частиц, содержащих хлор, серу и натрий. Разработана более простая, чем ранее используемая, методика испытаний деформируемых сплавов на длительную прочность в расплавах солей. Проведены сравнительные исследования механических свойств и длительной прочности монокристаллического жаропрочного сплава в исходном состоянии, предварительно поврежденного коррозией разной длительности, а также находящегося в контакте с солями во время испытания. В связи с большим разбросом экспериментальных данных для определения гарантированных значений длительной прочности предложен и реализован метод нижних огибающих. Установлено, что гарантированные значения длительной прочности при разных температурах и длительностях испытаний в присутствии солей могут снижаться в 2,5 – 5,0 раз. Проведены металлографические исследования характера повреждений и разрушения образцов. Выявленное снижение длительной прочности жаропрочных сплавов в контакте с солями интерпретировано как эффект Ребиндера, а не как проявление эффекта коррозионного растрескивания. Предложена методология использования полученных результатов испытаний длительностью до нескольких тысяч часов в высокоагрессивных средах для прогнозирования длительной прочности применительно к долговеременной эксплуатации (десятки тысяч часов) в условиях сравнительно небольших солевых нагрузок.

The results of the Rehbinder effect manifestation during testing of superalloys in contact with corrosive media containing Na2SO4 + NaCl are discussed. We present the experimental study of the effect of salts containing chlorine and sulfur on the mechanical properties and long-term strength of single crystal and powder nickel-based superalloys at high temperatures. The practical value of the work is associated with the possible operation of gas turbine parts in conditions of ingress of the particles containing chlorine, sulfur and sodium into the flow path. A simplified (compared to a previously used) procedure of testing wrought alloys for long-term strength in molten salts is developed. A comparative study of the mechanical properties and long-term strength of a single crystal superalloy in the initial state (previously damaged by corrosion of different duration) and being in contact with salts during testing is carried out. Due to the large scatter of experimental data, the method of lower envelopes has been proposed and implemented to determine the guaranteed values of the long-term strength. It is shown that the guaranteed values of the long-term strength at different temperatures and test durations can decrease by 2.5 – 5.0 times in the presence of salts. Metallographic studies of the nature of damage and destruction of samples are carried out. The revealed decrease in the long-term strength of heat-resistant alloys in contact with salts is interpreted as the Rehbinder effect and not as a manifestation of the effect of stress corrosion cracking. A methodology for using the obtained test results with a duration of up to several thousand hours in highly aggressive environments is proposed to predict the long-term strength in relation to long-term operation (tens of thousands of hours) under conditions of relatively low salt loads.

механические свойствадлительная прочностьжаропрочные монокристаллические сплавыкоррозияэффект Ребиндераmechanical propertieslong-term strengthsingle crystal superalloyscorrosionRehbinder effectReferencesРебиндер П. А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. Избранные труды. — М.: Наука, 1978. — 368 с.Rebinder P. A. Surface phenomena in dispersed systems. Colloidal chemistry. Selected Works. — Moscow: Nauka, 1978. — 368 p. [in Russian].Ростокер У., Мак-Коги Дж., Маркус Г. Хрупкость под воздействием жидких металлов. — М.: Изд. ИЛ, 1962. — 177 с.Rostoker U., McCogee J., Markus G. Fragility under the influence of liquid metals. — Moscow: IL, 1962. — 177 p. [Russian translation].Охрупчивание конструкционных сталей и сплавов / Под ред. К. Л. Брайента, С. К. Бенерджи. — М.: Металлургия, 1988. — 550 с.Embrittlement of structural steels and alloys / K. L. Bryent, S. K. Benerjee, Ed. — Moscow: Metallurgiya, 1988. — 550 p. [in Russian].Савицкий А. П., Марцунова Л. С. Поверхностная энергия и жидкометаллическая хрупкость олова / Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 315. № 2. С. 123 – 127.Savitsky A. P., Martsunov L. S. Surface energy and liquid metal brittleness of tin / Izv. Tomsk. Politekhn. Univ. 2009. Vol. 315. N 2. P. 123 – 127 [in Russian].Corrosion and mechanical stress at high temperatures / Proc. Intra. Conf. (Petten, May, 1980) // Ed. V. Guttman, M. Mezz. — London: Applied Sci. Publ., 1981. P. 321 – 326.Corrosion and mechanical stress at high temperatures / Proc. Intra. Conf. (Petten, May, 1980) // Ed. V. Guttman, M. Mezz. — London: Applied Sci. Publ., 1981. P. 321 – 326.High temperature alloys for gas turbines / Proc. Conf. (Liege, Belgium, 4 – 6 Oct. 1982). — Dordrecht, Holland: Reidel Publ. Company, 1982. — 276 p.High temperature alloys for gas turbines / Proc. Conf. (Liege, Belgium, 4 – 6 Oct. 1982). — Dordrecht, Holland: Reidel Publ. Company, 1982. — 276 p.Schmitt-Thomas K. G., Meisel H., Dorn H. J. Effect of high temperature corrosion on the creep behaviour of aero-gas turbine materials under service — like conditions. Materials and coatings to resist high temperature corrosion. — London: ASP Ltd, 1977. P. 87 – 103.Schmitt-Thomas K. G., Meisel H., Dorn H. J. Effect of high temperature corrosion on the creep behaviour of aero-gas turbine materials under service — like conditions. Materials and coatings to resist high temperature corrosion. — London: ASP Ltd, 1977. P. 87 – 103.Whitlow G. A., Bec G. C., Vismanthan R., Crombie A. The effect of liquid sulfate chloride environment on superalloys stress rupture properties at 1300 F / Met. Trans. 1984. Vol. 15. N 1. P. 23 – 29.Whitlow G. A., Bec G. C., Vismanthan R., Crombie A. The effect of liquid sulfate chloride environment on superalloys stress rupture properties at 1300 F / Met. Trans. 1984. Vol. 15. N 1. P. 23 – 29.Lin T. L., Zlang Y. H. Effect of hot corrosion on creep alloys GN37 on nickel base / Mater. Sci. and Eng. 1984. Vol. 62. N 1. P. 17 – 24.Lin T. L., Zlang Y. H. Effect of hot corrosion on creep alloys GN37 on nickel base / Mater. Sci. and Eng. 1984. Vol. 62. N 1. P. 17 – 24.Гецов Л. Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. В 2 книгах. — Рыбинск: Изд. дом Газотурбинные технологии, 2010, 2011.Getsov L. B. Materials and strength of gas turbine parts. In 2 books. — Rybinsk: Izd. dom «Gazoturbinnye tekhnologii», 2010, 2011 [in Russian].Обеспечение коррозионной надежности лопаток газовых турбин / Под ред. Л. Б. Гецова. Вып. 473. — Л.: Судостроение, 1989. — 77 с.Ensuring Corrosion Reliability of Gas Turbine Blades. Issue 473 / L. B. Getsov, Ed. — Leningrad: Sudostroenie, 1989. — 77 p. [in Russian].Гецов Л. Б., Мадорский А. Л., Терещенко А. Г. и др. Влияние золовых отложений на жаропрочность материалов лопаток ГТУ / Проблемы прочности. 1989. № 1. С. 71 – 76.Getsov L. B., Madorsky A. L., Tereshchenko A. G., et al. Influence of ash deposits on the heat resistance of materials for GTU blades / Probl. Prochn. 1989. N 1. P. 71 – 76 [in Russian].Никитин В. И. Коррозия и защита лопаток газовых турбин. — Л.: Машиностроение, 1987. — 272 с.Nikitin V. I. Corrosion and protection of gas turbine blades. — Leningrad: Mashinostroenie, 1987. — 272 p. [in Russian].Гецов Л. Б., Лаптев А. Б., Пузанов А. И., Баландина М. Ю., Добина Н. И. Прочность порошкового материала для дисков ГТД в условиях агрессивного действия смеси хлоридов и сульфатов натрия / МиТОМ. 2021. № 7. С. 19 – 25.Getsov L. B., Laptev A. B., Puzanov A. I., Balandina M. Yu., Dobina N. I. Durability of powder material for gas turbine engine disks in conditions of aggressive action of a mixture of chlorides and sodium sulfates / Metalloved. Term. Obrab. Met. 2021. N 7. P. 19 – 25 [in Russian].Каблов Е. Н., Петрушин Н. В., Светлов И. Л., Демонис И. М. Никелевые литейные жаропрочные сплавы нового поколения. Юбилейный научно-технический сборник. Авиационные материалы и технологии / Труды ВИАМ. 2012. С. 36 – 52.Kablov E. N., Petrushin N. V., Svetlov I. L., Demonis I. M. New generation nickel casting heat-resistant alloys. Jubilee scientific and technical collection. Aviation materials and technologies / Tr. VIAM. 2012. P. 36 – 52 [in Russian].Каблов Е. Н., Голубовский Е. Р. Жаропрочность никелевых сплавов. — М.: Машиностроение, 1998. — 463 с.Kablov E. N., Golubovsky E. R. Heat resistance of nickel alloys. — Moscow: Mashinostroenie, 1998. — 463 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.