Типичные коррозионные повреждения и влияние их на усталость

Наряду с жаропрочными титановыми и никелевы­ми сплавами для отдельных ступеней лопаток и дисков компрессора, для валов турбин и крепежа применяются коррозионно-стой- кие стали мартенситного класса 13Х11Н2В2МФ, 13Х14НВФРА, 14Х17Н2,15Х16К5Н2МВФАБ и др., а также коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса ХН45МВТЮБР, применяемая для лопа­ток компрессора каскада высокого давления.

Коррозионно-стойкие стали, обладая высокой коррозионной стойкостью в обычных условиях, при эксплуатации в приморских районах, особенно в тропиках или в зонах с интенсивным примене­нием минеральных удобрений, могут подвергаться коррозионным повреждениям, которые интенсивно развиваются жри стоянке и хранении техники.

В эксплуатации ГТД стальные детали часто покрываются бурыми пятнами или пленкой светло-коричневого цвета, представляющими собой окислы железа. На поверхности лопаток (на спинке, входной кромке и радиусе перехода от пера к хвостовику) образуются корро­зионные язвы различной глубины. Образованию и развитию коррози­онных повреждений в деталях кроме внешней среды способствуют эксплуатационные факторы: высокая напряженность детали, по­вреждения эрозией, солевые или другие отложения на поверхности

детали, вызывающие парниковый эффект при избытке ионов или Сl'. Важным фактором в формировании коррозионной стойкос­ти является технологическая наследственность, определяющая основные параметры свойств поверхностного слоя. Снижению стой­кости сталей к общей коррозии способствуют покрытия из Ag.

В стальных деталях наблюдаются межкристаллитная коррозия (МКК), или коррозия под напряжением (КПН), и локальная точеч­ная коррозия (ЛТК). Чаще всего МКК (КПН) обнаруживают в зоне радиуса перехода от хвостовика к профильной части, ЛТК — на кромках лопаток. Эти повреждения встречаются как в лопатках, так и в дисках, валах, крепеже и т.д.

При визуальном осмотре детали можно не выявить признаков коррозии, но под микроскопом обнаруживаются коррозионные пятна.

Разрушение поврежденных лопаток происходит от очага в виде коррозионной раковины или язвы. В условиях агрессивной среды развитие трещин МКК идет по границам зерен под действием внешних или внутренних напряжений.

Солевая коррозия титановых сплавов. При повышенных темпе­ратурах (250...500 °С) в среде, содержащей Сl', при действии статических нагрузок наблюдается поверхностное растрескивание титановых сплавов, приводящее к снижению длительной прочности и пластичности (σ_дл, σ_Т, δ, ψ) материала. В поверхности изломов возникают характерные признаки хрупкого разрушения материала с типичным рисунком скола. На хрупком изломе видны признаки растрескивания.

Сильное влияние на пластические свойства оказывают скорость нагружения, температура и величина статической составляющей. Наибольшее охрупчивание возникает при наличии концентрации напряжений, понижении температуры испытания и снижениискорости нагружения. Одной из причин охрупчивания титановых сплавов в солевой среде является наводороживание. Наибольшая концентрация водорода в 4...6 раз больше нормы наблюдается в местах концентрации напряжений (надрезах, галтелях и др.), по границам а-фазы и в β-фазе. Исследования, проведенные на сплаве системы Ti — А1 — V в условиях солевой коррозии, показали, что чувствительность к солевой коррозии увеличивается при содержа­нии А1 в сплаве сверх 4%. Причинами повышения склонности спла­вов системы Ti — А1 к солевой коррозии являются: а) усиление наводороживания металла в зоне, примыкающей к устью медленно растущей трещины, до момента ее спонтанного распространения в результате водородного охрупчивания; б) выделение охрупчивающей α₂-фазы при содержании алюминия 4% и более по границам зерен, что затрудняет пластическую деформацию и облегчает химические реакции, протекающие с выделением водорода, играющим основную роль в развитии солевой коррозии. Спектральный анализ показал, что растворимость водорода в β-фазе во много раз больше, чем в α-фазе. Вместе с тем концентрация водорода, необходимая для охрупчивания β-фазы (в десятки раз) выше, чем в случае охрупчивания α-фазы. Поэтому в сплавах типа Ti — Mo водород, поглощенный в процессе солевой коррозии, не вызывает снижения прочности, а в сплавах, легированных цирконием и оловом, солевая коррозия развивается. Охрупчивание происходит и при повышении темпера­туры, что связано с ростом растворимости водорода и увеличением скорости деформации, приводящими к более равномерному распре­делению водорода во всем объеме детали. Выдержка под нагрузкой и при температуре более 400°С образцов, покрытых солью NaCl, сопровождается увеличением содержания водорода в материале, особенно в зоне, непосредственно примыкающей к поверхности излома. Концентрация водорода в сплаве может быть резко сниже­на, а пластичность материала — восстановлена, если детали подвер­гнуть отжигу в вакууме при температуре 650°С в течение 24 ч. Явление солевой коррозии титановых сплавов опасно для ГТД, эксплуатирующихся в морских условиях, если рабочая температура Т_э=450°С.

Исследования, выполненные на сплавах ВТ6, ВТЗ-1 и ВТ8, показали, что солевая коррозия способствует снижению усталости и долговечности, уменьшая время до появления макротрещин и увеличивая скорость распространения трещин.