Эффект Ребиндера при испытаниях жаропрочных сплавов в контакте с расплавами солей

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.

1. Ребиндер П. А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. Избранные труды. — М.: Наука, 1978. — 368 с.

2. Ростокер У., Мак-Коги Дж., Маркус Г. Хрупкость под воздействием жидких металлов. — М.: Изд. ИЛ, 1962. — 177 с.

3. Охрупчивание конструкционных сталей и сплавов / Под ред. К. Л. Брайента, С. К. Бенерджи. — М.: Металлургия, 1988. — 550 с.

4. Савицкий А. П., Марцунова Л. С. Поверхностная энергия и жидкометаллическая хрупкость олова / Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 315. № 2. С. 123 – 127.

5. 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.

6. High temperature alloys for gas turbines / Proc. Conf. (Liege, Belgium, 4 – 6 Oct. 1982). — Dordrecht, Holland: Reidel Publ. Company, 1982. — 276 p.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Гецов Л. Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин. В 2 книгах. — Рыбинск: Изд. дом Газотурбинные технологии, 2010, 2011.

11. Обеспечение коррозионной надежности лопаток газовых турбин / Под ред. Л. Б. Гецова. Вып. 473. — Л.: Судостроение, 1989. — 77 с.

12. 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.

13. Никитин В. И. Коррозия и защита лопаток газовых турбин. — Л.: Машиностроение, 1987. — 272 с.

14. 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.

15. 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.

16. Каблов Е. Н., Голубовский Е. Р. Жаропрочность никелевых сплавов. — М.: Машиностроение, 1998. — 463 с.