Окисление и горячая коррозия

Аналогичные затруднения возникли в 60-х гг., когда содержание хрома в никелевых суперсплавах снижали, чтобы улучшить сопротивление ползучести, а вызывали снижение стойкости против окисления и горячей коррозии. Следствием было значительное снижение долговечности сплавов, применявшихся в различных промышленных газовых турбинах, а также авиадвигателях, предназначенных дЛя работы в засоленной атмосфере. Проблему решили, улучшив соотношение хрома, алюминия и титана в совокупности с применением защитных покрытий. [c.46]

Химический состав кобальтовых сплавов подобен таковому главного семейства нержавеющих сталей, а роль легирующих элементов, присутствующих в наибольшей и наименьшей концентрациях, по существу, идентична для всех сплавов этой аустенитной системы. Ключевым элементом является Сг, его вводят в количестве 20—30 % (по массе), чтобы сообщить сплаву необходимое сопротивление окислению и горячей коррозии, а также некоторую степень твердорастворного упрочнения. Если стремятся обеспечить упрочнение карбидными выделениями, образующимися по реакции старения, Сг также играет ведущую роль, участвуя в образовании целой серии карбидов с различным соотношением Сг/С. Поскольку в двойной системе Со-Сг примерно при 58% (ат.) Сг образуется стабильная o -фаза, высокого содержания Сг необходимо избегать. [c.175]

Окисление и горячая коррозия [c.276]

Стойкость против окисления и горячей коррозии зависит главным образом от химического состава сплава, а не от способа кристаллизации. У сплавов направленной кристаллизации межзеренное окисление сильно подавлено или устранено, однако при тех высоких температурах, которые являются рабочими для суперсплавов направленной кристаллизации, межзеренное окисление не представляет собой главной проблемы. Улучшений в сопротивлении окислению достигают вне зависимости от способа кристаллизации сплавов. О сколь-нибудь существенном влиянии кристаллографической ориентировки на скорость окисления или горячей коррозии не сообщают. [c.276]

Рабочие температуры продолжали расти, и стало яснее, что изменения в сплавах, направленные на одновременное повышение стойкости против окисления и против горячей коррозии, нередко противодействуют упрочняющему влиянию легирования. Повысив содержание хрома и снизив содержание алюминия, понижали температуру растворения у -фазы, и, следовательно, понижали прочность. Чтобы обеспечить необходимую защиту поверхности без существенного ухудшения механических свойств основного материала лопаток турбин авиадвигателей или промышленных турбин, инженеры обратились к поверхностному покрытию суперсплавов (см. гл.13). Со своей стороны это породило современный период "улучшенного оксида алюминия" т.е. тщательно сбалансированных покрывающих сплавов (на основе Ni, Fe, Со с добавлением Сг, А1 и других активных элементов), образующих чрезвычайно стойкую против окисления и/или коррозии защитную оболочку из легированного оксида алюминия. В соответствии с сегодняшней технологией защитные покрытия наносят практически на все несущие детали, изготовленные из суперсплавов и работающие в динамическом режиме при очень высоких температурах. Стоит заметить, однако, что моно-кристаллические (тип SX) сплавы, по природе своей лишенные границ зерен, и при отсутствии покрытия нередко проявляют новый, ранее неизвестный и необычайно высокий уровень поверхностной стойкости. [c.37]

В процессе окисления стали горячими топочными газами или паром на ее поверхности образуется пленка окислов, которая может препятствовать дальнейшему развитию коррозии. Атомы газа в результате диффузии через окисную пленку проникают к металлу. Одновременно происходит встречная диффузия ионов металла к наружной поверхности окисной пленки. Чем толще пленка, тем больше расстояние нужно пройти ионам кислорода и металла и тем медленнее нарастает ее толщина. В тех случаях, когда пленка окисла получается рыхлой или в ней имеется много трещин, она не обладает хорошими защитными свойствами, и коррозия металла с течением времени не замедляется. [c.45]

На начальной стадии горячей коррозии происходит окисление элементов сплава и переход электронов от атомов металлов, [c.56]

Твердофазное кислое флюсование связано с присутствием в составе сплава некоторых тугоплавких элементов, особенно молибдена, вольфрама и ванадия. Для предотвращения такой формы горячей коррозии необходимо поддерживать концентрацию этих элементов на достаточно низком уровне. Точное значение допустимой концентрации зависит от условий работы сплава. Практически нет никакой разницы в коррозионном разъедании сплавов на основе никеля, кобальта и железа, имеющих в своем составе тугоплавкие элементы. За исключением хрома все другие элементы не оказывают никакого заметного влияния на процесс твердофазного кислого флюсования. Однако так как для стимулирования этой формы горячей коррозии требуется достаточно сильное окисление тугоплавких металлов, то все элементы, способствующие селективному окислению алюминия или хрома в составе суперсплава, в известном смысле могут рассматриваться как примеси, подавляющие твердофазное кислое флюсование. [c.83]

Опыт показывает, что пленки оксида хрома и, возможно, диоксида кремния обеспечивают лучшую защиту от низкотемпературной горячей коррозии, чем пленка оксида алюминия. Большинство покрытий, которые были разработаны для защиты от горячей коррозии и окисления и защитные свойства которых обеспечиваются окалиной из оксида алюминия, явно неэффективны для противодействия низкотемпературной коррозии [26]. Поэтому в данном разделе будут рассмотрены только такие покрытия, защитное действие которых обусловлено образованием окалины из оксида хрома или диоксида кремния и которые лишь недавно стали применяться для защиты от низкотемпературной коррозии. [c.113]

Алюминиды титана обладают прекрасным сопротивлением окислению и имеют очень малую плотность. (К недостаткам этих материалов относятся трудность их изготовления, неизвестный характер поведения в условиях горячей коррозии и проблемы сохранения достаточного уровня пластичности и ограничения роста трещин при эксплуатации). [c.323]

Подводя итог, можно сказать, что поверхностная защита суперсплавов от окисления и коррозии в газовом потоке оказывается не менее полезной, чем разработка сплавов повышенной прочности. В самом деле, комбинацию сплавов "покрытие—подложка", уже много лет применяемую при эксплуатации суперсплавов, можно с полным правом называть первой подлинно композитной частью горячей ступени турбин. [c.38]

В случае окисления стали горячими топочными газами на поверхности образуется тонкая пленка окислов, которая может при определенных условиях препятствовать дальнейшему развитию коррозии. Тончайшая, невидимая окисная пленка существует даже на блестящей поверхности металла. Атомы газа проникают к металлу в процессе диффузии через пленку. Одновременно с диффузией атомов или ионов газа от поверхности пленки окисла к металлу наблюдается встречная диффузия металла к поверхности окисной пленки. Чем толще пленка, тем большее расстояние нужно пройти атомам кислорода и металла и тем медленнее нарастает ее толщина. Такая пленка окисла защищает металл и тормозит развитие коррозии. [c.215]

Реальные температуры службы жаростойких сплавов, содержащих Ре, Сг, N1, Со, Мо, Т1 и другие присадки, не превышают 900— 1000° С. Для защиты металлов от окисления и коррозии рекомендуются покрытия, нанесенные путем горячего напыления и на основе силицидов. В настоящее время недостаточная прочность и п.чот-ность этих покрытий еще не обеспечивают надежность защиты металлов. [c.283]

В производстве применяют эмали, характеризуемые повышенной электропроводностью повышенной радиационной стойкостью повышенной теплопроводностью повышенной жаростойкостью повышенной износостойкостью пониженной склонностью к налипанию (антиадгезионные) повышенной морозостойкостью повышенной поглощающей способностью тепла повышенной отражающей способностью тепла, света а также эмали для защиты от высокотемпературной коррозии легированных сталей для защиты оборудования, эксплуатируемого в пищевой промышленности технологические, разового действия для защиты металла от окисления при горячей штамповке и свободной ковке, для обезуглероживания поверхностного слоя изделий из [c.129]

Дуралюмин хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях. При холодной прокатке для повышения пластичности требуется промежуточный рекристаллизационный отжиг при 350—370°С. Для закалки сплав Д1 нагревают до 505—510°С, а сплав Д16—до 495—505°С. Нагрев до более высоких температур вызывает пережог, т. е. окисление и частичное оплавление металла по границе зерен, что резко снижает прочность и пластичность. При закалке дуралюмина важно обеспечить высокую скорость охлаждения, поэтому его проводят в холодной воде. Даже незначительный распад твердого раствора в процессе охлаждения с выделением интерметаллидных фаз по границам зерен снижает сопротивление интеркристаллитной коррозии. После закалки значительная часть фаз упрочнителей растворяется, повышая легированность твердого раствора. Структура закаленного дуралюмина состоит из пересыщенного а-твердого раствора и нерастворимых соединений железа (см. рис. 152,в). [c.370]

Из всех деталей газораспределения клапаны, особенно выпускные, работают в наиболее тяжелых условиях. Обращенная к камере сгорания поверхность головки клапана соприкасается с горячими газами, температура которых в процессе сгорания достигает 2000—2500° С. Выпускной клапан особенно сильно нагревается в течение выпуска, когда головка его со всех сторон омывается проходящими с большой скоростью отработавшими газами при температуре 900—1100° С. Высокая температура нагрева клапанов может ухудшить механические качества материала, вызвать заедание стержней в направляющих втулках, коробление головки и вследствие этого неплотное прилегание ее к гнезду. Сильно разогретый выпускной клапан в карбюраторном двигателе может быть источником возникновения детонации. Кроме того, газы, соприкасаясь с раскаленными поверхностями клапанов, вызывают окисление материала и образование окалины (так называемой газовой коррозии). Окисление и ухудшение механических качеств материала могут привести к быстрому износу рабочей поверхности клапанов и нарушению герметичности цилиндров. [c.157]

Рис.12.15. Схематическое представление механизмов нарушения защитной окалины у сплавов, проявляющих благодаря избирательному образованию барьерньк оксидных слоев повышенное сопротивление высокотемпературному окислению и горячей коррозии

Высокотемпературное окисление и горячая коррозия. Защита суперсплавов от окисления и коррозии под воздействием агрессивной атмосферы, в которой они работают, не уступает по значимости достижению и реализации высокой прочности, хотя и привлекает не столь явное внимание. Взгляд сквозь далекое прошлое наводит на мысль, что поверхностная защи- [c.35]

К деформируемым и к литейным сплавам был добавлен А1 примером служит листовой сплав S-57 и литейный сплав AR—213. Добавка 5 % (по массе) А1 оказывает очень благоприятное действие на сопротивление окислению и горячей коррозии ниже этот эфект будет также рассмотрен на примере Со-Сг—Al-Y покрытия в промышленном использовании (см. гл. 13). Эти сплавы упрочняются равномерно распределенным некогерентным преципитатом oAl, который обеспечивает сплаву свойства, подобные таковым у сплавов с карбидным упрочнением. Выше приблизительно 760 °С влияние этого преципитата постепенно нивелируется (свойства снижаются до обычного среднего уровня), однако у сплавов AR—215 и S-57 добавки тугоплавких элементов W и Та стабилизируют выделения oAl до более высоких служебных температур. [c.179]

Будут разрабатывать монокристаллические суперсплавы с более высокими характеристиками прочности и жаропрочности, чем у сплавов, применяемых в настоящее время. Сплавы для отливок со столбчатой микроструктурой также будут улучшены (путем изменения и оптимизации хвмического состава и микроструктуры), однако по жаропрочности они всегда будут уступать монокристаллическим суперсплавам. Последнве, по-видимому, допускают дальнейший рост содержания тугоплавких легирующих элементов для повышения длительной прочности. Чтобы улучшить стойкость против окисления и горячей коррозии, будут использовать добавки химически активных элементов. Усовершенствуют процесс направленной кристаллизации сплавов с целью его удешевления и повышения качества продукции. Усовершенствование методов термической обработки и горячего изостати-ческого прессования также приведет к увеличению работоспособности сплавов направленной кристаллизации. [c.276]

Образцы с покрытиями испытывали на жаростойкость при 1100° С в течение 200 ч (с охлаждением через каждые 5 ч первые 50 ч окисления и через 25 ч до конца испытаний). Измеряли привес образцов, а также проводили рентгеноструктурный анализ окисных пленок. Склонность к высокотемпературной солевой газовой коррозии определяли при 1000° С в течение 20 ч в присутствии N32804 (0.5 мг/см поверхности образца) с возобновлением слоя соли на горячих образцах каждые 5 ч. Степень взаимодействия в присутствии соли определяли визуально по состоянию покрытия. [c.215]

Характерными дефектами покрытий, полученных методом электронно-лучевого напыления, являются каналы, идущие внутрь покрытия от его наружной поверхности. Эти дефекты уменьшают стойкость к горячей коррозии и окислению, облегчая проникновение газов в покрытие. Замечено, что каналы образуются только при вращении образцов и соответствуют неровностям их поверхности, а глубина их проникновения в покрытие зависит от величины неровностей. В случае грубо опескоструенной поверхности детали каналы пронизывают всю толщину покрытия и достигают его границы со сплавом (рис. 3, а). Риски, остающиеся на поверхности детали после шлифования, образуют дефекты в напыленном покрытии в том случае, если они определенным [c.218]

Рис. 9. Схематическая диаграмма и составная микрофотография иллюстрирующие переход от простого окисления (/) к катастрофической горячей коррозии IV) в высокохро-мистом суперсилаве на никелевой основе (приблизительно Х250) [93]

Третья модель [36—38] предполагает образование на границе между сплавом и продуктами коррозии сульфидов, в результате окисления которых формируются незащищающие оксидные фазы. Типичный пример такой структуры показан на рис. 12.4. Нет никаких сомнений, что в сплавах с высоким содержанием никеля реализуется именно этот механизм. В то же время он невозможен в сплавах кобаль—хром—алюминий. Важно определить применимость всех этих моделей в зависимости от состава сплавов и условий проведения низкотемпературных испытаний на горячую коррозию. [c.74]

Горячая коррозия материала стала первой проблемой, с которой пришлось столкнуться при производстве мощных генераторных турбин и турбин общего назначения, использующих низкосортное топливо, загрязненное серой, натрием и другими примесями, или турбин, работающих в таких условиях, которые допускают попадание в них загрязняющих примесей через воздухозаборники, например в морских условиях или в условиях пустыни. Алюминидные покрытия, разработанные для предотвращения окисления материалов в авиационных двигателях, оказались неэффективными против разъедания при горячей коррозии. Это стимулировало разработку покрытий других типов, предназначенных специально для противостояния горячей коррозии. Позже был обнаружен еще один механизм разъедания, известный ныне как низкотемпературная горячая коррозия. Для его подавления потребовалось разработать покрытия совсем другого состава, чем требовались для противостояния классической горячей коррозии. Для снижения температуры деталей из суперсплавов, работающих в двигателях, где температура окружающей среды превышает температурвый порог работоспособности материала, были разработаны теплозащитные барьерные покрытия (ТЗБП), в которых используются керамические слои. Таким образом, различные покрытия разных классов и технологии их нанесения разрабатывались в соответствие с ужесточением требований, предъявляемых к материалам, при расширении сферы их применения. [c.89]

С хорошим сопротивлением горячей коррозии может служить покрытие состава o-29 r-6Al-0,3Y, на поверхности которого несмотря на относительно высокое содержание хрома образуется оксид алюминия. Обычно с увеличением отношения концентраций хрома и алюминия стойкость к горячей коррозии возрастает, но одновременно несколько ухудшается сопротивление окислению. До сих пор, однако, остается неясным, повышают ли добавки активных элементов (например, Y и/или Hf), вносимые в покрытие для увеличения сопротив- [c.111]

В первое десятилетие нашего века суперсплавы работали при умеренных температурах (около 700 °С), и содержание хрома, унаследованное, естественно, от нержавеющих сталей (около 16-25 %), обеспечивало вполне приемлемую защиту. Кроме того, хром предотвращал затруднения, связанные с довольно мало известной в то время горячей коррозией сплавов. Однако с ростом температур потребовалось повышение стойкости против возросшего окислительного воздействия (см. гл.11). Наблюдая защитную способность алюминия (который заменяет Сг Оз более стойким AljOj) стали увеличивать его содержание в сплавах. Содержание хрома снизили с 18 до 15 и даже до 10%. Стойкость к окислению увеличилась. Алюминий в количестве 5 % защищал от окисления и, конечно, давал большее количество у -фазы, повышая прочность. Две победы сразу [c.36]

В период с 1940 до 1965 г. наибольшее внимание уделяли таким свойствам материалов турбинных лопаток авиадвигателей, как высокотемпературный предел прочности при растяжении, предел длительной прочности до 5000 ч и стойкость против окисления. С другой стороны, конструкторам промышленных турбин были нужны лопаточные сплавы, у которых длительная прочность надежно определена для гораздо большего срока службы, и которые хорошо сопротивляются горячей коррозии. Теперь и конструкторы авиадвигателей с увеличенной долговечностью, и конструкторы промышленных газовых турбин, компенсирующих пиковые потребности в производстве электроэнергии, нуждаются в материалах, сочетающих совокупность вышеупомянутых свойств с превосходным сопротивлением МНОГОЩ1КЛОВОЙ и малощ1кловой термической усталости. Таким образом, чтобы обеспечить высокую работоспособность и надежность двигателям авиационных транспортных систем повышенного качества с ресурсом 20000—50000 ч н промышленным турбинам с ресурсом 100000 ч, необходим учет многих факторов. [c.128]

ИЗ плавйльного пространства в атмосферу и, следовательно, снижение парциального давления водорода. Другой возможной причиной снижения содержания водорода при сварке длинной дугой вероятно служит увеличение количества расплавляемого флюса. Чем больше плавится флюса, тем больше воздуха попадает в пла-вйльное пространство из промежутков между зернами флюса, выше парциальное давление кислорода и азота, меньше попадает водорода в сварочную ванну и меньше пористость. Данные табл. 26, как уже указывалось, свидетельствуют, что уменьшение содержания водорода происходит одновременно с увеличением концентрации кислорода и азота в шве. К сожалению, не представляется возможным рекомендовать производить сварку аустенитных сталей длинной дугой. Хотя при этом и уменьшается опасность появления пористости, но, вместе с тем, возрастает опасность поражения швов трещинами ввиду окисления ферритизаторов и возможной аустенитизации структуры шва под совместным действием кислорода и азота, а также вследствие не всегда допустимого увеличения коэффициента формы шва. Необходимо, следовательно, изыскивать другие средства уменьшения содержания водорода в металле шва при сварке аустенитных сталей. Это тем более необходимо, что аустенитно-ферритные швы, которым отдается предпочтение ввиду их высокой стойкости против горячих трещин и межкристаллитной коррозии, подвержены образованию пор значительно сильнее, чем чистоаустенитные швы. Это обстоятельство, возможно, связано с увеличением падения растворимости водорода при наличии кристалликов б-фазы в кристаллизующемся шве. [c.92]

Hot orrosion — Горячая коррозия. Ускоренная коррозия металлических поверхностей, которая следует из объединенного воздействия окисления и реакций с компонентами серы и другими загрязнениями, типа хлоридов, формирующих расплав соли на металлической поверхности, чьи потоки разрушают или прерывают нормальные защитные оксиды. См. также Gaseous orrosion — Газообразную коррозию. [c.977]

N, являются легкими, прочными и износостойкими веществами. В качестве койструкционных жаропрочных материалов их начинают применять в двигателях внутреннего сгорания для изготовления поршней, головок блока цилиндров и других теплонапряженных деталей. Керамические детали способны работать при высоких температурах (S13N4 до 1500°С, Si до 1800 °С), стойки против коррозии и эрозии, не боятся перегрева и не нуждаются в принудительном охлаждении. В отличие от графита керамика меньше подвержена окислению и в несколько раз прочнее. Керамика изготовляется из недефицитных материалов. К недостаткам высокотемпературной керамики относятся хрупкость, сложность получения плотного беспористого материала и трудности изготовления деталей. В отличие от керамики графит легче прессуется в горячем состоянии и хорошо обрабатывается резанием. [c.508]

В результате алитирования сталь приобретает высокую окалино-стойкость (до 850—900° С), так как в процессе нагрева на поверхности алитированных изделий образуется плотная пленка окиси алюминия AI2O3, предохраняющая металл от окисления. Алитированный слой обладает хорошим сопротивлением коррозии в атмосфере и морской воде. Твердость алитированного слоя (на поверхности) до ЯК 500, износостойкость низкая. При высоком содержании алюминия (более 30%) слой хрупок. Тонкие алитированные слои (0,05—0,07 мм), содержащие до 20% А1, хорошо деформируются в холодном и горячем состоянии. Алитированию подвергают топливники газогенераторных машин, чехлы термопар, детали разливочных ковшей, клапаны и другие детали, работающие при высоких температурах. [c.363]

По мнению Г. Хемига [9] решающим условием окисления в горячей воде является достижение того уровня критических условий (тепловой поток, массовая скорость, давление, энтальпия среды), при котором происходит нарушение устойчивого пузырькового кипения. Многократный кратковременный переход на нестабильное пленочное кипение, появление частых значительных колебаний температуры металла вызывают повреждение защитных окисных пленок на парогенерирующей поверхности и последующее окисление пароводяной смесью оголенного металла. Отмечается, что уровень теплового потока на экраны в современных котлах зарубежных фирм, использующих жидкое гопливо, может превышать 2095-10 кДж/м -ч, т. е. 500-10 ккал/(м2-ч), при этом внутрикотловая коррозия может возникать при са.чых незначительных отложениях на внутренней поверхности труб. Полагают, что повреждаемость защитного слоя магнетита существенно усиливается при повышении температуры мета.тла до 400—450°С (673—723 К), а также при быстрых пусках н остановах котлов. [c.14]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...