ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Горячая коррозия. Ф.С.Петтит, К.С.Джиггинс из "Суперсплавы II Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок Кн2 " Помимо Сг и А1, суперсплавы содержат множество важных легирующих элементов, к их числу относятся Мп, Ti, Si и все тугоплавкие металлы. Во многих случаях эти элементы оказывают существенное влияние на стойкость к окислению у сплавов, формирующих соединения r Oj или AI Oj. В данном разделе мы рассмотрим сведения о влиянии этих элементов на окислительные свойства некоторых модельных сплавов. [c.30] Марганец можно рассматривать как возможный (но значительно менее эффективный) заменитель хрома при формировании залечивающих слоев в окалинах r Oj. Известно, что он способствует образованию Сг О, в системе Ni-20 r [72, 73], однако в системе Со—19Сг марганец был неэффективен вплоть до содержания в 30% (по массе) [74]. Добавки марганца поддерживали формирование окалины Al Oj на сплавах Fe-Al, не давая нарушить ее сплошность глобулярными, богатыми железом участками [75, 76]. [c.30] Известно отрицательное влияние титана на адгезию окалины у никелевого суперсплава [82], и положительное — у сплава Fe-18 r-6AI [83]. [c.31] W и Та активно используют в суперсплавах на никелевой и на кобальтовой основах в качестве упрочняющих элементов, принимающих участие в образовании г -фазы, карбидов. и в твердорастворном упрочнении. Другие тугоплавкие элементы, такие как Nb, Hf и Zr, также используют в целях упрочнения, в том числе за счет образования фазы NijNb. [c.31] Судя по литературным данным [80], на окисление никелевых и кобальтовых сплавов тугоплавкие элементы оказывают влияние трех видов. Влияние одного из них благотворно, поскольку тугоплавкие элементы можно рассматривать как ловушки (геттеры) для кислорода, способствующие образованию защитных слоев из Al Oj и r Oj. Влияние двух других видов — вредное. Во-первых, тугоплавкие элементы уменьшают диффузионную активность алюминия, хрома и кремния, а это противодействует формированию защитного слоя. Во-вторых, оксиды тугоплавких металлов обычно незащитны (т.е. отличаются низкой температурой плавления, высокой упругостью паров, высоким коэффициентом диффузии и другими неблагоприятными характеристиками), и поэтому они нежелательны в качестве компонентов для наружной окалины. Следовательно, вредное влияние тугоплавких элементов оказывается более весомым, чем их благотворное влияние, так что для повьш1ения противоокислительной стойкости их обычно в суперсплавы не вводят. Но поскольку тугоплавкие элементы не равнозначны, то некоторые из них использовать предпочтительнее, чем другие. Представляется, например, что тантал, не вызывает столь вредных последствий, как вольфрам или молибден, поэтому он один из тех тугоплавких элементов, которые следует предпочесть. Вольфрам, молибден и ванадий ведут себя примерно одинаково, но вольфрам определенно сильнее снижает. скорости обменной диффузии, чем остальные элементы, и, следовательно, более, чем другие способен к неблагоприятному влиянию в отношении избирательного окисления. Оксиды ниобия не являются защитными, поэтому его присутствие в составе окалины нежелательно. Рений применяли в суперсплавах в ограниченных масштабах его влияние, по-видимому, аналогично влиянию ниобия. Гафний и цирконий часто вводят в суперсплавы в небольших количествах, они значительно улучшают прочность связи окалины с основным сплавом. [c.32] Проникнуть в суть явления помогает ранжирование сплавов по численным характеристикам от лучших к худшим, а также выявление соответствующих тенденций в совокупном химическом составе сплавов [104]. Один из примеров такого ранжирования дан обобщенно в табл. 11.3. В части (а) сплавы сгруппированы по противоокислительной стойкости, показаны средние значения стойкости и содержания легирующих элементов, а также выделены значения, характеризующие статистически состоятельные тенденции. Этот способ позволил продемонстрировать, что все наилучшие группы отличаются высоким содержанием алюминия. Видно также, что стойкость снижается на порядок, если содержание алюминия занижено. В части б) сосредоточены особые сплавы они отобраны, чтобы продемонстрировать крайние случаи в отношении стойкости либо в отношении химического состава. [c.41] Высокое содержание элементов. [c.43] Видимое благотворное влияние тантала показано графически на диаграмме многоэлементного окисления (рис. [c.44] Горячая коррозия, как особый вид деградации металлических материалов, приобрела важное значение за последние 50 лет [1]. Необходимым условием ее протекания является образование на поверхности материала осажденного слоя соли или шлака, что приводит к изменению характера взаимодействия данного сплава с окружающей средой. Горячая коррозия, т.е. коррозия, модифицированная присутствием на поверхности сплавов слоя осадка, происходит в котлах, мусоросжигающих печах, дизельных двигателях, глушителях двигателей внутреннего сгорания и газовых турбинах. Уровень коррозионного разъедания материалов, работающих в таких условиях, в значительной степени зависит от вида и чистоты используемого топлива, а также качества подаваемого в зону горения воздуха. Так, например, горячая коррозия гораздо чаще встречается в промышленных и морских газовых турбинах, чем в авиационных. Природа горячей коррозии такова, что вызываемое ею разъедание почти всегда приводит к гораздо более сильной деградации сплавов, чем обычная коррозия в такой же газовой среде, но без поверхностного модифицирующего слоя осадка. Даже в тех случаях, когда свойства сплава при осаждении на его поверхности соли изменяются незначительно и связанное с присутствием осадка усиление коррозионного разъедания в начальный период времени невелико, скорость разъедания материала в конце концов все равно со временем возрастает на порядок и более за счет модификации самого механизма деградации материала. Важной особенностью процесса горячей коррозии является то, что очень часто этот модифицирующий слой представляет собой жидкость. [c.49] Так как горячая коррозия может играть определяющую роль в общей деградации металлов и сплавов, то важное значение придается экспериментальному и теоретическому изучению этого явления, имеющее своей конечной целью создание сплавов и покрытий, обладающих повышенной стойкостью к горячей коррозии. Можно отметить целый ряд достаточно подробных обзоров по проблеме горячей коррозии [1—6]. В этой области уже достигнуты значительные успехи, однако полного согласия относительно действующих механизмов коррозии и влияния на нее различных химических элементов до сих. пор нет. В этой главе рассмотрены механизмы горячей коррозии металлов и сплавов, а также коррозионная стойкость некоторых суперсплавов. [c.49] Вернуться к основной статье