Математическое моделирование высокотемпературной коррозии жаропрочных никелевых сплавов

О. A. Glotka; S. V. Haiduk

doi:10.31498/2225-6733.38.2019.181273

Автор(и)

О. A. Glotka Запорізький національний технічний університет, м. Запоріжжя, Україна
S. V. Haiduk Запорізький національний технічний університет, м. Запоріжжя, Україна

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.38.2019.181273

Ключові слова:

жароміцні нікелеві сплави, середня швидкість корозії, співвідношення легуючих елементів

Анотація

Проведено математичне моделювання середньої швидкості корозії () для нікелевих сплавів з різними системами легування (для моно- , направленої- та рівновісної кристаллізаціі) в умовах синтетичної золи при різних температурах. Оскільки сучасні ЖНС мають складні багатокомпонентні склади, в яких спостерігається комплексний вплив елементів на корозію, оцінка стійкості ВТК була проведена за величиною відомого параметра Пкс. Це дозволило зіставляти рівень стійкості сплавів з різними схемами легування. Проте даний параметр не охоплює всі легуючі елементи, які присутні в складі ЖНС. Тому в результаті аналізу і обробки експериментальних даних запропоновано співвідношення легуючих елементів для оцінки корозійної стійкості, яке враховує комплексний вплив основних компонентів сплаву. Так як ВТК пов’язана з присутністю тих чи інших елементів в сплаві і їх концентрацією, то співвідношення К_пс дозволяє більш адекватно оцінювати, для багатокомпонентних нікелевих систем, середню швидкість корозії для різних температур. Залежності середньої швидкості корозії від К_пс для монокристалічних сплавів мають прямолінійний вид, це пояснюється специфікою систем легування матеріалів даного класу. Характерним для них є значно менша кількість хрому (до 10% мас.) і зниження вмісту (а в деяких сплавах відсутність) титана, що призводить до істотного зниження ВТК-стійкості матеріалу. Встановлено, що для забезпечення необхідного рівня ВТК-стійкості сплавів спрямованої та рівновісної кристалізації, величина співвідношення має бути не менше К_пс ≥ 2, яке забезпечить неруйнівну щільну плівку продуктів корозії. Так, для сплавів з К_пс ≤ 2 характерне утворення товстого шару продуктів корозії, який легко відшаровується в процесі експлуатації. Отримані регресійні моделі дають можливість прогнозувати середню швидкість корозії в залежності від системи легування сплаву як при розробці нових ЖНС для спрямованої кристалізації, так і при удосконаленні складів відомих промислових композицій в межах марочного складу. Отримані кореляційні залежності мають експоненціальний характер

Біографії авторів

О. A. Glotka, Запорізький національний технічний університет, м. Запоріжжя

Кандидат технічних наук, доцент

S. V. Haiduk, Запорізький національний технічний університет, м. Запоріжжя

Доктор технічних наук

Посилання

Список использованных источников (ГОСТ):

Гишваров А.С. Метод ускоренного моделирования высокотемпературной газовой коррозии сопловых лопаток ГТД / А.С. Гишваров, М.Н. Давыдов // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. – 2006. – Т. 7. – № 2 (15). – С. 51-60.

Никитин В.И. Расчет жаростойкости металлов / В.И. Никитин. – М. : Машиностроение, 1976. – 208 с.

Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин / Л.Б. Гецов. – М. : Недра, 1996. – 591 с.

Гишваров А.С. Теория ускоренных ресурсных испытаний технических систем / А.С. Гишваров. – Уфа : Гилем, 2000. – 338 с.

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

Suzuki A.S. Prediction of initial oxidation behavior of ni-base single crystal superalloys: a new oxidation map and regression analysis / A.S. Suzuki, K. Kawagishi, T. Yokokawa, T. Kobayashi // Superalloys : 12-th International Simposium on Superalloys. – 2012. – Pp. 321-329. – Mode of access: DOI: 10.1002/9781118516430.ch35.

Pettit F.S. Oxidation and hot corrosion of superalloys / F.S. Pettit, G.H. Meier // Superalloys : 5-th International Simposium on Superalloys. – 1984. – Pp. 651-668.

Никитин В.И. Влияние состава никелевых сплавов на их коррозионную стойкость в золе газотурбинного топлива / В.И. Никитин, М.Б. Ревзюк, И.П. Комисарова // Труды ЦКТИ им. И.И. Ползунова. – Л., 1978. – Вып. 158. – С. 71-74.

Deepa Mudgal High Temperature Cyclic Oxidation Behavior of Ni and Co Based Superalloys / Deepa Mudgal, Surendra Singh, Satya Prakash // Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering. – 2012. – Vol. 11, No. 3. – Pp. 211-219. – Mode of access: DOI: 10.4236/jmmce.2012.113017.

Brenneman J. Oxidation behavior of GTD111 Ni-based superalloy at 900°C in air / J. Bren-neman, J. Wei, Z. Sun, L. Liu // Corrosion Science. – 2015. – № 100. – Pp. 267-274. – Mode of access: DOI: 10.1016/j.corsci.2015.07.031.

Жуков А.А. Оценка эксплуатационной пригодности жаропрочных сплавов для ГТД и ГТУ / А.А. Жуков, О.А. Смирнова // Двигатели аэрокосмических летательных аппаратов. – 2005. – № 19. – С. 60-66.

References:

Gishvarov A.S., Davydov M.N. Metod uskorennogo modelirovaniia vysokotemperaturnoi gazovoi korrozii soplovykh lopatok GTD Method of accelerated simulation of high-temperature gas corrosion of nozzle blades for gas turbine engines. Vestnik Ufimskogo gosudarstvennogo aviatsionnogo tekhnicheskogo universiteta – Bulletin of Ufa State Aviation Technical University, 2006, vol. 7, № 2 (15), pp. 51-60. (Rus.)

Nikitin V.I. Raschet zharostoikosti metallov Calculation of heat resistance of metals. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1976. 208 p. (Rus.)

Getsov L.B. Materialy i prochnost’ detalei gazovykh turbin Materials and strength of gas turbine components. Moscow, Nedra Publ., 1996. 591 p. (Rus.)

Gishvarov A.S. Teoriia uskorennykh resursnykh ispytanii tekhnicheskikh sistem Theory of Accelerated Life Tests of Technical Systems. Ufa, Gilem Publ., 2000. 338 p. (Rus.)

Nikitin V.I. Korroziia i zashchita lopatok gazovykh turbin Corrosion and protection of gas turbine blades. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1987. 272 p. (Rus.)

Suzuki A.S., Kawagishi K., Yokokawa T., Kobayashi T. Prediction of initial oxidation behavior of ni-base single crystal superalloys: a new oxidation map and regression analysis. Proceedings of the 12-th International Simposium on Superalloys, 2012, pp. 321-329. doi: 10.1002/9781118516430.ch35.

Pettit F.S., Meier G.H. Oxidation and hot corrosion of superalloys. Proceedings of the 5-th International Simposium on Superalloys, 1984, pp. 651-668.

Nikitin V.I., Revziuk M.B., Komisarova I.P. Vliianie sostava nikelevykh splavov na ikh korrozionnuiu stoikost’ v zole gazoturbinnogo topliva Effect of the composition of nickel alloys on their corrosion resistance in gas turbine ash. Trudy TsKTI im. I.I. Polzunova – Works of CKTI named by I.I. Polzunova, Leningrad, 1978, no. 158, pp. 71-74. (Rus.)

Deepa Mudgal, Surendra Singh, Satya Prakash. High Temperature Cyclic Oxidation Behavior of Ni and Co Based Superalloys. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, 2012, vol. 11, no. 3, pp. 211-219. doi: 10.4236/jmmce.2012.113017.

Brenneman J., Wei J., Sun Z., Liu L. Oxidation behavior of GTD111 Ni-based superalloy at 900°C in air. Corrosion Science, 2015, no. 100, pp. 267-274. doi: 10.1016/j.corsci.2015.07.031.

Zhukov A.A., Smirnova O.A. Otsenka ekspluatatsionnoi prigodnosti zharoprochnykh splavov dlia GTD i GTU Evaluation of the operational suitability of heat-resistant alloys for gas turbine engines and gas turbines. Dvigateli aerokosmicheskikh letatel'nykh apparatov – Aerospace Aircraft Engines, 2005, no. 19, pp. 60-66. (Rus.)