СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ НА СУЛЬФИДНУЮ КОРРОЗИЮ ЖАРОПРОЧНЫХ ПОРОШКОВЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2014 года по МПК C22C1/04 

Предлагаемое изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым никелевым сплавам, и может использоваться при изготовлении заготовок тяжелонагруженных деталей для газотурбинных двигателей, работающих при повышенных температурах.

Известен способ испытания элементов газотурбинного двигателя путем термоциклического воздействия на элемент газовым потоком, который заключается в том, что сначала проводят химическую обработку в электролите, затем электрохимическую анодную обработку, далее механическое нагружение, состоящее из нагружения на вибростенде и статистического нагружения, после чего термоциклическое воздействие в агрессивной атмосфере СО и SO₂ и далее механическое нагружение, причем цикл производят многократно (Патент РФ 2270431, С1 2004 года).

Недостатком этого способа является то, что он требует большого расхода металла, сложен в процедуре проведения и не предусматривает оценочные характеристики, связанные с условиями эксплуатации изделий. Способ предусматривает только определение потери массы и глубины поражений после коррозионных испытаний. Эти параметры не отражают специфику работы деталей газотурбинных двигателей, поскольку они подвергаются в эксплуатации циклическим нагрузкам.

Наиболее близким способом по технической сущности к заявленному является способ испытания для лопаток газотурбинных двигателей.

В этом способе для составления агрессивной среды используются следующие компоненты, масс.%:

Сульфат натрия Na₂SO₄ 66,2 Пятиокись ванадия V₂O₅ 1,8 Окись железа Fe₂O₃ 20,4 Окись никеля NiO 8,3 Окись кальция CaO 3,3

Эти компоненты смешиваются и на их основе готовится суспензия на этиловом спирте. Суспензия равномерно наносится на поверхность образцов в количестве ~ 120 г/м². Покрытые образцы помещаются в алундовые тигли, которые в свою очередь располагаются в замкнутом контейнере. Через контейнер продувается воздух со скоростью 20 л в минуту. Испытания проводятся при постоянной температуре в интервале 700 - 900°С. Степень коррозионных повреждений определяется по потере массы (г/м²) и глубине коррозии (мкм) (Е.Б.Качанов, Ю.А.Тамарин Покрытия для защиты лопаток турбин от сульфидной коррозии./ Технология легких сплавов 2005, №1-4, с.175 - прототип).

Недостатком этого способа является то, что он не предусматривает оценку влияния сульфидной среды на малоцикловую усталость - наиболее чувствительную характеристику коррозионного поражения металла.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что на поверхность образцов наносится слой из водного раствора сульфата натрия Na₂SO₄ с добавкой более легкоплавкого сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ с последовательностью и параметрами по нанесению слоя: нагрев до 250°С, нанесение первого слоя, нагрев до 250°С, нанесение второго слоя, стабилизирующий нагрев при 600°С 0,5-1,0 часа - охлаждение на воздухе.

Состав агрессивного слоя и способ его нанесения на поверхность испытуемых образцов позволяет получить стойкое покрытие, допускающее проведение испытаний на малоцикловую усталость.

Испытания на общую коррозию и малоцикловую усталость проводятся при температурах в интервале 600-800°С.

Введение в агрессивную среду легкоплавкой добавки позволяет значительно сократить время испытаний - с 200 часов до 30-60 часов.

Технический результат - выявление влияния сульфидной коррозии не только по потере массы, но и по сопротивлению малоцикловой усталости.

Пример

Для опробования методом порошковой металлургии был изготовлен никелевый сплав ВВ750П по ГОСТ 52802-2007, содержащий: хром, кобальт, вольфрам, молибден, титан, алюминий, ниобий.

Результаты опробования определения сульфидной коррозии по предлагаемому способу и прототипу приведены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты испытаний на сульфидную коррозию, при температуре 750°С Способ По потере массы ¹⁾ По сопротивлению малоцикловой усталости ²⁾ Время испытаний, час Скорость коррозии, г/м²ч Стойкость испытуемого сплава Среднее число циклов до разрушения Коэффициент влияния среды, n_с/n_в Баллы Состояние Испытания на воздухе, n_в Испытания в агрессивной
среде, n_с   Заявленный 30 0,035 4 Стойкое 10035 ³⁾ 8270 0,824 Прототип 200 0,031 4 Стойкое Не определяется из-за осыпания агрессивного слоя Примечание: 1) По ГОСТ 13819-68 Коррозионная стойкость оценивается группой и баллом: совершенно стойкие - 1; весьма стойкие - 2,3; стойкие - 4,5; понижено стойкие - 6,7; мало стойкие - 8,9; не стойкие - 10.
2) Частота 1 Гц, напряжение 1060 МПа.
3) Время 2,8 ч.

Из таблицы 1 видно, что предлагаемый способ позволяет оценить влияние сульфидной коррозии по потере массы. При этом время проведения испытаний сокращается в 6,7 раза. Кроме того, степень коррозионного поражения при этом методе может быть достаточно надежно оценена по снижению сопротивления материала малоцикловой усталости (отношение числа циклов до разрушения в среде и на воздухе - n_с/n_в). Поэтому становится возможным проводить оценку качества при заводском контроле. Это позволит за счет повышения коррозионной стойкости увеличить ресурс изделий в 1,25-1,5 раз.

Изобретение относится к области определения коррозионной стойкости металлов и может быть использовано для контроля подверженности к сульфидной коррозии деталей из порошковых никелевых сплавов газотурбинных двигателей. Способ включает нанесение агрессивного реагента на поверхность заготовки, нагревание и оценку степени коррозионного поражения с использованием агрессивного реагента, содержащего сульфат натрия и легкоплавкий сульфат аммония, при этом сначала проводят нагревание заготовки до 250° С, наносят первый слой агрессивного реагента, повторно нагревают заготовку до 250° С и наносят второй слой агрессивного реагента, затем проводят стабилизирующий нагрев при 600° С в течение 0,5-1,0 час и охлаждение на воздухе с последующим проведением оценки степени коррозионного поражения к сульфидной коррозии по снижению сопротивления материала заготовки малоцикловой усталости. Технический результат: возможность проведения оценки качества деталей при заводском контроле, повышение коррозионной стойкости и увеличение ресурса деталей в 1,25 - 1,5 раз. 1 табл.

Способ испытания заготовок элементов газотурбинного двигателя из никелевых порошковых сплавов на сульфидную коррозии, включающий нанесение агрессивного реагента на поверхность заготовки, нагревание и оценку степени коррозионного поражения, отличающийся тем, что используют агрессивный реагент, содержащий сульфат натрия и легкоплавкий сульфат аммония, при этом сначала проводят нагревание заготовки до 250 °С, наносят первый слой агрессивного реагента, повторно нагревают заготовку до 250°С и наносят второй слой агрессивного реагента, затем проводят стабилизирующий нагрев при 600 °С в течение 0,5-1,0 час и охлаждение на воздухе с последующим проведением оценки степени коррозионного поражения к сульфидной коррозии по снижению сопротивления материала заготовки малоцикловой усталости.