Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке
Представлены результаты исследования кинетики повреждения конструкционных элементов из жаропрочных сплавов, в том числе с защитными покрытиями, при термоциклическом нагружении. Проанализировано влияние напряженно-деформированного состояния на развитие трещин в условиях термоусталостного нагружени...
Saved in:
| Published in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47802 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке / Л.В. Кравчук, Р.И. Куриат, К.П. Буйских, Е.А. Задворный, С.Г. Киселевская // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 79-86. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859784814187511808 |
|---|---|
| author | Кравчук, Л.В. Куриат, Р.И. Буйских, К.П. Задворный, Е.А. Киселевская, С.Г. |
| author_facet | Кравчук, Л.В. Куриат, Р.И. Буйских, К.П. Задворный, Е.А. Киселевская, С.Г. |
| citation_txt | Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке / Л.В. Кравчук, Р.И. Куриат, К.П. Буйских, Е.А. Задворный, С.Г. Киселевская // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 79-86. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Представлены результаты исследования кинетики повреждения конструкционных элементов
из жаропрочных сплавов, в том числе с защитными покрытиями, при термоциклическом
нагружении. Проанализировано влияние напряженно-деформированного состояния
на развитие трещин в условиях термоусталостного нагружения.
Представлено результати дослідження кінетики пошкодження конструкційних елементів із жароміцних сплавів, у тому числі із захисними покриттями, при термоциклічному навантаженні. Проаналізовано вплив напружено-деформованого стану на розвиток тріщин в умовах термоутомного навантаження.
We present results of study of damage kinetics
of structural components made of heat-resistant
alloys, including those with protective coatings,
under thermocyclic loading conditions.
The stress-strain state impact on crack propagation
in thermal fatigue loading condition is
analyzed.
|
| first_indexed | 2025-12-02T10:00:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 620.178.3:539.434
Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при
термоциклическом нагружении в газовом потоке
Л. В. Кравчук, Р. И. Куриат, К. П. Буйских, Е. А. Задворный,
С. Г. Киселевская
Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина
Представлены результаты исследования кинетики повреждения конструкционных элемен
тов из жаропрочных сплавов, в том числе с защитными покрытиями, при термоцикли
ческом нагружении. Проанализировано влияние напряженно-деформированного состояния
на развитие трещин в условиях термоусталостного нагружения.
К л ю ч е в ы е с л о в а : ж а р о п р о ч н ы е с п л а в ы , з а щ и т н ы е п о к р ы т и я , т е р м о ц и к л и
ч е с к о е н а г р у ж е н и е , к и н е т и к а п о в р е ж д е н и я , г а з о в ы й п о т о к .
Р а з р а б о т к а н а у ч н о о б о с н о в а н н ы х п о д х о д о в и с о з д а н и е м е т о д о в , с п о с о б
н ы х р е а л ь н о у ч и т ы в а т ь к и н е т и к у п о в р е ж д е н и я м а т е р и а л о в в п р о ц е с с е э к с
п л у а т а ц и и , я в л я е т с я о д н о й и з а к т у а л ь н ы х з а д а ч п р и р е ш е н и и п р о б л е м
о б е с п е ч е н и я н а д е ж н о с т и , о ц е н к и о с т а т о ч н о г о р е с у р с а и ж и в у ч е с т и э л е м е н
т о в к о н с т р у к ц и й .
О с н о в н а я ц е л ь д а н н о г о и с с л е д о в а н и я з а к л ю ч а л а с ь в и з у ч е н и и п р о ц е с
с о в , к о т о р ы е с о п р о в о ж д а ю т з а р о ж д е н и е и р а з в и т и е т р е щ и н т е р м и ч е с к о й
у с т а л о с т и п р и т е р м о ц и к л и ч е с к о м н а г р у ж е н и и э л е м е н т о в к о н с т р у к ц и й и з
ж а р о п р о ч н ы х с п л а в о в с з а щ и т н ы м и п о к р ы т и я м и и б е з н и х в в ы с о к о т е м п е
р а т у р н о м г а з о в о м п о т о к е . В п р е д л о ж е н н о й п о с т а н о в к е р а б о т а и м е е т п р и н ц и
п и а л ь н о е з н а ч е н и е д л я п о н и м а н и я м е х а н и з м о в р а с п р о с т р а н е н и я т р е щ и н п р и
н е и з о т е р м и ч е с к о й н а г р у з к е , о б о с н о в а н и я в о з м о ж н о с т и п р и м е н е н и я н о в ы х и
и з в е с т н ы х м о д е л е й с о в р е м е н н о й м е х а н и к и р а з р у ш е н и я п р и м е н и т е л ь н о к
т е р м и ч е с к о й у с т а л о с т и к о н с т р у к ц и о н н ы х м а т е р и а л о в у к а з а н н ы х к л а с с о в .
О т л и ч и е с в о й с т в з а щ и щ а е м о г о м а т е р и а л а о т с в о й с т в п о к р ы т и я , а т а к ж е
н е и з б е ж н о е ф о р м и р о в а н и е о с о б о й п е р е х о д н о й з о н ы н а г р а н и ц е к о н т а к т а
п о к р ы т и я и з а щ и щ а е м о г о м а т е р и а л а т р е б у ю т р а с с м а т р и в а т ь с и с т е м у о с н о в а -
п о к р ы т и е к а к к о н с т р у к ц и ю .
Т р у д н о к о н т р о л и р у е м о е в о з н и к н о в е н и е п о л е й о с т а т о ч н ы х н а п р я ж е н и й ,
н и з к а я д о с т о в е р н о с т ь и н ф о р м а ц и и о х а р а к т е р е и з м е н е н и й и с в о й с т в а х м а т е
р и а л а о с н о в ы в о б л а с т и п е р е х о д н о й з о н ы с у щ е с т в е н н о з а т р у д н я ю т к о р
р е к т н у ю о ц е н к у р е а л ь н о г о н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я ( Н Д С )
м а т е р и а л а , о б о с н о в а н н ы й в ы б о р к р и т е р и е в п р е д е л ь н о г о с о с т о я н и я и д о л г о
в е ч н о с т и п о к р ы т и й .
П р и р е ш е н и и п о с т а в л е н н ы х з а д а ч о с н о в н ы м и н а п р а в л е н и я м и б ы л и :
а н а л и з и о б о б щ е н и е э к с п е р и м е н т а л ь н ы х д а н н ы х о м е х а н и з м а х т е р м о у с т а
л о с т н о г о п о в р е ж д е н и я р а з н ы х м а т е р и а л о в н а с т а д и и п о с л е в о з н и к н о в е н и я
т е р м о у с т а л о с т н о й т р е щ и н ы в з а в и с и м о с т и о т и н т е н с и в н о с т и т е р м о м е х а н и
ч е с к о й н а г р у з к и и к о р р о з и о н н о г о в л и я н и я г а з о в о г о п о т о к а ; и с с л е д о в а н и е
д и н а м и к и т е п л о в о г о и н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я м а т е р и а л а
п р и н а л и ч и и т р е щ и н ы в п р о ц е с с е ц и к л и ч е с к о г о н а г р у ж е н и я э к с п е р и м е н
© Л. В. КРАВЧУК, Р. И. КУРИАТ, К. П. БУЙСКИХ, Е. А. ЗАДВОРНЫЙ, С. Г. КИСЕЛЕВСКАЯ, 2006
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4 79
Л. В. Кравчук, Р. И. Куриат, К. П. Буйских и др.
т а л ь н ы м и м е т о д а м и и м е т о д а м и ч и с л е н н о г о м о д е л и р о в а н и я ; и з у ч е н и е з а к о н о
м е р н о с т е й р а с п р о с т р а н е н и я т р е щ и н т е р м и ч е с к о й у с т а л о с т и в с п л а в а х с
з а щ и т н ы м и ж а р о с т о й к и м и п о к р ы т и я м и и н а п р а в л е н н о - к р и с т а л л и з о в а н н ы х
м а т е р и а л а х ; о б о с н о в а н и е з а к о н о м е р н о с т е й , к о т о р ы е у с т а н а в л и в а ю т с в я з ь
м е ж д у к и н е т и к о й п о в р е ж д е н и я и у р о в н е м д е й с т в у ю щ е й н а г р у з к и ; о б о б щ е
н и е п о л у ч е н н ы х р е з у л ь т а т о в с п о з и ц и й м е х а н и к и р а з р у ш е н и я ; в ы р а б о т к а р е
к о м е н д а ц и й п о и с п о л ь з о в а н и ю м е т о д о в д л я п о с л е д у ю щ е г о п р о г н о з и р о в а н и я
д о л г о в е ч н о с т и э л е м е н т о в к о н с т р у к ц и й с т р е щ и н а м и т е р м и ч е с к о й у с т а л о с т и .
А н а л и з л и т е р а т у р н ы х и с т о ч н и к о в п о к а з а л , ч т о р а з л и ч и е м е ж д у м е т о д а
м и и с с л е д о в а н и я п о в р е ж д е н и й э л е м е н т о в к о н с т р у к ц и й о б у с л о в л е н о б о л ь
ш и м м н о г о о б р а з и е м с п е ц и ф и ч е с к и х о с о б е н н о с т е й н а г р е в а , м е х а н и ч е с к о г о
н а г р у ж е н и я и т и п о в и с с л е д у е м ы х о б р а з ц о в [ 1 - 6 ] . Р а з л и ч и е м е ж д у м е т о д а м и
и с п ы т а н и й , ф о р м а м и и р а з м е р а м и о б р а з ц о в , т и п а м и п о к р ы т и й , в и д а м и
н а г р у ж е н и я , с п о с о б а м и о п р е д е л е н и я у с л о в и й р а з р у ш е н и я п р и в о д и т к с у
щ е с т в е н н о м у з а т р у д н е н и ю , а и н о г д а и н е в о з м о ж н о с т и с о п о с т а в л е н и я и з в е с т
н ы х и з л и т е р а т у р н ы х и с т о ч н и к о в д а н н ы х и о с о б е н н о к о л и ч е с т в е н н о й о ц е н
к и в о з д е й с т в и я р а з л и ч н ы х ф а к т о р о в .
И з в е с т н о , ч т о п о в р е ж д е н и е ж а р о п р о ч н ы х с п л а в о в п р и т е р м о ц и к л и ч е с
к о м н а г р у ж е н и и з н а ч и т е л ь н о з а в и с и т о т с т р у к т у р н о г о с о с т о я н и я с п л а в а
( в е л и ч и н а з е р н а , х а р а к т е р р а с п о л о ж е н и я г р а н и ц з е р е н , ф а з о в ы й с о с т а в ,
к р и с т а л л о г р а ф и ч е с к а я о р и е н т а ц и я ) , н а л и ч и я п о к р ы т и й р а з л и ч н о г о т и п а ,
т е м п е р а т у р ы и с п ы т а н и й , в е л и ч и н ы д е й с т в у ю щ и х т е р м и ч е с к и х н а п р я ж е н и й ,
с к о р о с т и д е ф о р м и р о в а н и я , а г р е с с и в н о й с р е д ы и д р у г и х ф а к т о р о в .
И с х о д я и з в ы ш е и з л о ж е н н о г о и с с л е д о в а н и е з а к о н о м е р н о с т е й п о в р е ж д е
н и я ж а р о п р о ч н ы х с п л а в о в п р о в о д и л о с ь п у т е м м о д е л и р о в а н и я р е а л ь н ы х
у с л о в и й э к с п л у а т а ц и и л о п а т о к н а н а т у р н ы х о б р а з ц а х ( р и с . 1, а ) и м о д е л я х
( р и с . 1 , 6 ) н а г а з о д и н а м и ч е с к о м с т е н д е [ 7 , 8] . И с п о л ь з о в а н и е в к а ч е с т в е
о б р а з ц а к л и н о в и д н о й п р и з м ы п о з в о л я е т в п р о ц е с с е э к с п е р и м е н т а в о с п р о
и з в о д и т ь р е а л ь н у ю т е р м о н а г р у ж е н н о с т ь м а т е р и а л а к р о м к и л о п а т к и Г Т Д п р и
с р а в н и т е л ь н о п р о с т ы х п р о ц е с с а х е е и з г о т о в л е н и я , и с п ы т а н и я х и п о с л е
д у ю щ и х р а с ч е т а х Н Д С .
Н е о б х о д и м ы е з н а ч е н и я т е м п е р а т у р ы и Н Д С м а т е р и а л а к р о м к и д о с т и
г а ю т с я в ы б о р о м г е о м е т р и ч е с к и х р а з м е р о в о б р а з ц а : у г о л р а с т в о р а р ; р а д и
у с с к р у г л е н и я к р о м к и г ; д л и н а х о р д ы Ь ; в ы с о т а Н ( о б о з н а ч е н и е к о н к р е т
н о г о о б р а з ц а и м е е т з а п и с ь в и д а : 1 5 . 0 7 . 3 2 , г д е р = 1 5 ° , г = 0 , 7 м м , Ь = 3 2 м м ) .
И с п о л ь з о в а н и е м н о г о с е к ц и о н н ы х и с п ы т а т е л ь н ы х к а м е р ( р и с 1 , в , г ) п о з в о
л я е т п у т е м п о д б о р а п а р т и и о б р а з ц о в с р а з л и ч н ы м и г е о м е т р и ч е с к и м и х а р а к
т е р и с т и к а м и и з о д н о г о э к с п е р и м е н т а п о л у ч а т ь д а н н ы е о з а в и с и м о с т и д о л г о
в е ч н о с т и о т т е м п е р а т у р ы и у р о в н я м а к с и м а л ь н ы х т е р м и ч е с к и х н а п р я ж е н и й .
Р е з у л ь т а т ы и с п ы т а н и й п о э т и м м е т о д и к а м б ы л и б а з о в ы м и д л я п о л у
ч е н и я н и ж е п р и в е д е н н ы х д а н н ы х .
И с с л е д о в а л и х а р а к т е р и м е х а н и з м ы п о в р е ж д е н и я ж а р о п р о ч н ы х с п л а в о в
н а н и к е л е в о й о с н о в е ( Ж С 6У , Ж С 6Ф , Ж С 3 0 , Ч С 7 0 ) с р а з л и ч н о й к р и с т а л
л и ч е с к о й с т р у к т у р о й : п о л и к р и с т а л л и ч е с к а я , н а п р а в л е н н о - к р и с т а л л и з о в а н н а я
( Н К ) и м о н о к р и с т а л л и ч е с к а я к а к б е з п о к р ы т и й , т а к и с з а щ и т н ы м и , в т о м
ч и с л е и м н о г о с л о й н ы м и , п о к р ы т и я м и н а о с н о в е н и к е л я (№ -Сг-А 1 -У ^ г0 2+
+ У 20 3 ) и к о б а л ь т а (Со-С г-А 1 -У ^ г0 2+У20 3) п р и в ы с о к о т е м п е р а т у р н о м т е р м о
ц и к л и ч е с к о м н а г р у ж е н и и в г а з о в о м п о т о к е .
80 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4
Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов
Рис. 1. Моделирование термонапряженно-деформированного состояния (ТНДС) материала
кромочной части лопатки на клиновидных образцах: а - лопатка; б - клиновидный образец;
в, г - секции камеры для испытаний соответственно лопаток и клиновидных образцов.
Р а с ч е т ы п о о п р е д е л е н и ю п р о с т р а н с т в е н н о г о т е п л о в о г о и н а п р я ж е н н о -
д е ф о р м и р о в а н н о г о с о с т о я н и я и с с л е д у е м ы х о б р а з ц о в о с у щ е с т в л я л и с и с п о л ь
з о в а н и е м п а к е т а п р и к л а д н ы х п р о г р а м м “ S P A C E ” [ 9 ] .
У ч и т ы в а я с и м м е т р и ю р а с с м а т р и в а е м о г о к л и н о в и д н о г о о б р а з ц а , в с е п о
с л е д у ю щ и е р а с ч е т ы п р о в о д и л и д л я ч е т в е р т и к л и н а . П о р е з у л ь т а т а м т е р м о -
м е т р и р о в а н и я п у т е м р е ш е н и я п р я м о й и о б р а т н о й з а д а ч т е п л о п р о в о д н о с т и в
д в у х м е р н о й п о с т а н о в к е д л я ф и к с и р о в а н н ы х м о м е н т о в в р е м е н и о п р е д е л я л и
г р а н и ч н ы е у с л о в и я т р е т ь е г о р о д а . М е т о д а м и э к с т р а п о л я ц и и и и н т е р п о л я ц и и
с т р о и л и о б о б щ е н н ы е р а с п р е д е л е н и я к о э ф ф и ц и е н т о в т е п л о о б м е н а п о п о
в е р х н о с т и р а с с м о т р е н н ы х м о д е л е й д л я р а з л и ч н ы х в р е м е н н ы х и н т е р в а л о в .
Э т и р а с п р е д е л е н и я и э к с п е р и м е н т а л ь н ы е д а н н ы е о б и з м е н е н и и т е м п е р а т у р ы
г а з о в о г о п о т о к а в ц и к л е я в л я л и с ь б а з о в ы м и д л я п р о в е д е н и я р а с ч е т о в .
И с с л е д о в а н и я м е х а н и з м о в п о в р е ж д е н и я с п л а в о в б е з п о к р ы т и й и с з а
щ и т н ы м и п о к р ы т и я м и р а с ч е т н ы м и э к с п е р и м е н т а л ь н ы м и ф и з и ч е с к и м и м е
т о д а м и п о к а з а л и , ч т о в о з м о ж н о е и з м е н е н и е к и н е т и к и н а к о п л е н и я у с т а л о с т
н ы х п о в р е ж д е н и й м а т е р и а л а с з а щ и т н ы м п о к р ы т и е м п о с р а в н е н и ю с н е з а
щ и щ е н н ы м м а т е р и а л о м м о ж е т б ы т ь о б у с л о в л е н о т е м , ч т о т е п л о з а щ и т н о е
п о к р ы т и е п р и н е с т а ц и о н а р н о м н а г р е в е о к а з ы в а е т з н а ч и т е л ь н о е в л и я н и е н а
т е п л о в о е и н а п р я ж е н н о - д е ф о р м и р о в а н н о е с о с т о я н и е м а т е р и а л а в н а и б о л е е
т е р м о н а г р у ж е н н о й о б л а с т и . Э т о , в с в о ю о ч е р е д ь , м о ж е т с у щ е с т в е н н о в л и я т ь
н а п р о ц е с с у п р у г о п л а с т и ч е с к о г о д е ф о р м и р о в а н и я м а т е р и а л а , о п р е д е л я ю щ е г о
и с ч е р п а н и е н е с у щ е й с п о с о б н о с т и э л е м е н т а к о н с т р у к ц и и п р и ц и к л и ч е с к о м
н а г р у ж е н и и в н е и з о т е р м и ч е с к и х у с л о в и я х .
Т е р м о у с т а л о с т н о е п о в е д е н и е ж а р о п р о ч н ы х с п л а в о в с в я з а н о с и х с т р у к
т у р о й , в ч а с т н о с т и , в т е р м о н а г р у ж е н н о й о б л а с т и к л и н о в и д н о г о о б р а з ц а .
М е ж з е р е н н ы е г р а н и ц ы в ы с т у п а ю т в к а ч е с т в е с т р у к т у р н о г о ф а к т о р а , к о т о -
ISSN 0556-171X. Проблемыг прочности, 2006, № 4 81
Л. В. Кравчук, Р. И. Куриат, К. П. Буйских и др.
р ы й с н и ж а е т с о п р о т и в л е н и е т е р м о с и л о в о м у н а г р у ж е н и ю и с п о с о б с т в у е т
р о с т у т е р м о у с т а л о с т н ы х т р е щ и н . К а к в и д н о и з р и с . 2 , х а р а к т е р р а с п р о с т р а
н е н и я т е р м о у с т а л о с т н ы х т р е щ и н н а г р а н и ц е и в н у т р и з е р н а с у щ е с т в е н н о
р а з л и ч а е т с я . Н а п о п е р е ч н ы х г р а н и ц а х з е р е н о б р а з ц о в и з с п л а в а Ж С 6Ф
т р е щ и н ы о б р а з у ю т с я п о с л е 200 ц и к л ( п р а к т и ч е с к и м г н о в е н н о ) с н а ч а л ь н о й
ф и к с и р о в а н н о й д л и н о й I = 7 м м , з а т е м и х р о с т с д о с т а т о ч н о в ы с о к о й
с к о р о с т ь ю п р о и с х о д и т д о д л и н ы I = 1 0 м м ( н а р и с . 2 к р и в а я 1 ) . З а р о ж д е н и е
т р е щ и н в н у т р и з е р н а н а ч и н а е т с я п о с л е 1 5 0 0 ц и к л о т I = 0 , 5 м м , и и х р о с т с
б о л е е в ы с о к о й с к о р о с т ь ю п р о и с х о д и т д о I = 6 м м .
I, м м
Рис. 2. Кинетика трещин термической усталости сплава ЖС6Ф при Т = 1020°С, 2аа = 400...
...500 МПа на границе (1, 2) и внутри (3, 4) зерна: 1, 3 - образец без покрытия; 2, 4 - образец с
двухслойным покрытием.
Т р е щ и н а н а г р а н и ц е з е р н а с п л а в а с п о к р ы т и е м п о я в л я е т с я п о с л е 5 7 0
ц и к л , п р и э т о м х а р а к т е р р а с п р о с т р а н е н и я т р е щ и н в о б р а з ц а х с п о к р ы т и е м и
б е з п о к р ы т и я п о д о б е н ( н а р и с . 2 к р и в а я 2 ) . В н у т р и з е р е н н ы е т р е щ и н ы н а
с п л а в е с п о к р ы т и е м в о з н и к а ю т п о с л е 2 5 0 0 ц и к л и р а с т у т б о л е е м е д л е н н о п о
с р а в н е н и ю с т р е щ и н а м и н а с п л а в е б е з п о к р ы т и я . У с т а н о в л е н о , ч т о в н у т р и
т р е щ и н с к а п л и в а ю т с я п р о д у к т ы к о р р о з и и , к о т о р ы е и м е ю т т а к о й ж е х и м и
ч е с к и й с о с т а в , ч т о и п о в е р х н о с т н а я о к а л и н а . Н а р и с . 3 п о к а з а н а з о н а
м е ж з е р е н н о й т р е щ и н ы д о и с п ы т а н и й и п о с л е 2 5 0 0 ц и к л с п р о д у к т а м и
к о р р о з и и п о е е б е р е г а м . П о п а д а я ч е р е з т р е щ и н у в г л у б ь м е т а л л а , о н и
и н и ц и и р у ю т р а с к л и н и в а ю щ и й э ф ф е к т . А н а л о г и ч н о е р а з р у ш е н и е н а б л ю д а
е т с я т а к ж е п р и н а л и ч и и п о к р ы т и я .
Рис. 3. Микроструктура сплава ЖС6Ф при Т = 1020°С, а тах = 300 МПа: а - исходное
состояние; б - после 2500 цикл.
82 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4
Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов
С у щ е с т в е н н о е в л и я н и е н а т е п л о з а щ и т н о е п о к р ы т и е о к а з ы в а ю т т е р м и
ч е с к и е н а п р я ж е н и я . Н а р и с . 4 п р и в е д е н ы м и к р о с т р у к т у р ы п о к р ы т и я т и п а
№ -С г-А 1 -У ^ г0 2+8% У20 з н а с п л а в е Ж С 3 0 п о с л е 4 0 0 0 ц и к л п р и д в у х
у р о в н я х н а п р я ж е н и й . П р и п о в ы ш е н и и у р о в н я н а п р я ж е н и й в д и а п а з о н е
о т х = 3 0 0 . . . 5 5 0 М П а н а б л ю д а е т с я к о а г у л я ц и я и п е р е р а с п р е д е л е н и е ф а з
м е т а л л и ч е с к и х с л о е в , м е ж д у к е р а м и ч е с к и м и м е т а л л и ч е с к и м п о д с л о е м п о
я в л я е т с я з а з о р п р и с о х р а н е н и и с п л о ш н о с т и к е р а м и к и . В о з м о ж н о , ч т о п о т е р я
а д г е з и о н н ы х с в о й с т в п о к р ы т и я о б у с л о в л е н а и з м е н е н и е м с в о й с т в о к с и д а
а л ю м и н и я . П о с к о л ь к у п о н а п р а в л е н и ю к п о в е р х н о с т и п о к р ы т и я и м е е т м е с т о
и н т е н с и в н а я д и ф ф у з и я а л ю м и н и я , п р и р о с т е п л е н к и о к с и д а а л ю м и н и я в о з
н и к а ю т н а п р я ж е н и я , с п о с о б с т в у ю щ и е о т с л о е н и ю к е р а м и к и . О б е с п е ч е н и е
х о р о ш е й а д г е з и и п л е н к и о к с и д а а л ю м и н и я к п о в е р х н о с т и о ч е н ь в а ж н о д л я
д л и т е л ь н о г о с о п р о т и в л е н и я ц и к л и ч е с к о м у о к и с л е н и ю [ 10- 12] .
а б
Рис. 4. Микроструктура теплозащитного покрытия на сплаве ЖС30 после 4000 цикл при
Т = 1020°С (Х500): а - о тах = 300 МПа; б - о тах = 550 МПа.
П р и о б щ е й т е н д е н ц и и к у л у ч ш е н и ю р а б о т о с п о с о б н о с т и и з д е л и й с
п о к р ы т и я м и в у с л о в и я х т е п л о с м е н , к о г д а в з а в и с и м о с т и о т с о ч е т а н и я р а з
л и ч н ы х ф а к т о р о в д о л г о в е ч н о с т ь м о ж е т у в е л и ч и в а т ь с я в н е с к о л ь к о р а з , о б н а
р у ж и в а е т с я ч е т к о в ы р а ж е н н а я н е о д н о з н а ч н о с т ь и х в л и я н и я н а Т Н Д С и
о б у с л о в л е н н а я э т и м с л о ж н о с т ь р а н ж и р о в а н и я п о к р ы т и й п о к р и т е р и я м с о п р о
т и в л е н и я т е р м и ч е с к о й у с т а л о с т и . П р и о п р е д е л е н н о м с о ч е т а н и и ф а к т о р о в
н а б л ю д а е т с я к а к п о в ы ш е н и е , т а к и с н и ж е н и е д о л г о в е ч н о с т и к о н с т р у к ц и о н
н о г о э л е м е н т а . П р а к т и ч е с к и в о в с е х с л у ч а я х и м е е т м е с т о з н а ч и т е л ь н ы й
р а з б р о с д а н н ы х . Д о с т а т о ч н о ч е т к о э т о о т м е ч а е т с я п р и а н а л и з е р е з у л ь т а т о в
и с с л е д о в а н и я т е р м о ц и к л и ч е с к о й д о л г о в е ч н о с т и с п л а в о в с н а п р а в л е н н о
о р и е н т и р о в а н н о й с т р у к т у р о й и м н о г о с л о й н ы м и п о к р ы т и я м и . И с с л е д о в а н и я ,
п р о в е д е н н ы е н а с п л а в а х Ж С 6Ф , Ж С 3 0 , Ч С 7 0 В И , Ч С 7 0 Н К , с в и д е т е л ь с т в у ю т
о т о м , ч т о д о п о л н и т е л ь н ы м и ф а к т о р а м и р а з б р о с а д а н н ы х п о д о л г о в е ч н о с т и
я в л я ю т с я о р и е н т и р о в к а к р и с т а л л о в , и х п о л о ж е н и е и р а с п р е д е л е н и е в о б л а с т и
м а к с и м а л ь н о й т е р м о н а г р у ж е н н о с т и м а т е р и а л а о б р а з ц а [ 1 3 ] .
ISSN 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2006, № 4 83
Л. В. Кравчук, Р. И. Куриат, К. П. Буйских и др.
В з а в и с и м о с т и о т т о л щ и н ы п о к р ы т и я и у р о в н я т е п л о в ы х п о т о к о в
в о з м о ж н о с н и ж е н и е п и к о в о й т е м п е р а т у р ы м а т е р и а л а п р и н е и з о т е р м и ч е с к и х
п р о ц е с с а х д о 5 0 . . . 1 0 0 г р а д . Б о л е е с у щ е с т в е н н ы м я в л я е т с я в л и я н и е п о к р ы
т и й и и х т о л щ и н ы н а т е р м о н а п р я ж е н н о е с о с т о я н и е м а т е р и а л а в о б л а с т и
к о н ц е н т р а ц и и н а п р я ж е н и й ( к р о м к а л о п а т к и , о б р а з ц а ) [ 1 4 ] . В к а ч е с т в е п р и
м е р а н а р и с . 5 п о к а з а н о и з м е н е н и е т е р м и ч е с к и х н а п р я ж е н и й в м а т е р и а л е
о с н о в ы н а к р о м к е к л и н о в и д н о г о о б р а з ц а с п о к р ы т и я м и р а з л и ч н о й т о л щ и н ы .
о 2, МПа
Рис. 5. Изменение термических напряжений о 2 в материале основы на кромке клиновидного
образца с покрытиями различной толщины я: О - я = 0; О - я = 100 мкм; □ - я = 200 мкм;
А - я = 300 мкм.
П о с к о л ь к у и н ф о р м а ц и я о ф и з и ч е с к и х х а р а к т е р и с т и к а х м а т е р и а л а п о
к р ы т и й о г р а н и ч е н а и с т е п е н ь е е д о с т о в е р н о с т и н е в ы с о к а , б ы л о и с с л е д о в а н о
в л и я н и е о т к л о н е н и й х а р а к т е р и с т и к м а т е р и а л а п о к р ы т и й о т п р и н я т ы х п р и
р а с ч е т е т е р м о н а п р я ж е н н о г о с о с т о я н и я н а р а с с ч и т ы в а е м ы е з н а ч е н и я о с т а
т о ч н ы х и т е р м и ч е с к и х н а п р я ж е н и й . В к а ч е с т в е п р и м е р а и с п о л ь з о в а л и э л е к
т р о н н о - л у ч е в о е п о к р ы т и е № - С о - С г - А 1 - У , к о э ф ф и ц и е н т т е р м и ч е с к о г о р а с
ш и р е н и я и м о д у л ь у п р у г о с т и к о т о р о г о у м е н ь ш а л и с ь и у в е л и ч и в а л и с ь п о
с р а в н е н и ю с н а ч а л ь н ы м и з н а ч е н и я м и н а 1 5 % . И з м е н е н и е х а р а к т е р и с т и к
п о к р ы т и я с у щ е с т в е н н о в л и я е т к а к н а о с т а т о ч н ы е , т а к и н а и н и ц и и р у е м ы е
п р и и с п ы т а н и я х т е р м и ч е с к и е н а п р я ж е н и я .
В п р о ц е с с е и с с л е д о в а н и я к и н е т и к и т р е щ и н т е р м и ч е с к о й у с т а л о с т и
о б н а р у ж е н ы о п р е д е л е н н ы е о с о б е н н о с т и п р о ц е с с о в з а р о ж д е н и я и п о с л е д у
ю щ е г о р о с т а т е р м о у с т а л о с т н ы х т р е щ и н в з а в и с и м о с т и о т у р о в н я т е м п е
р а т у р , т е р м и ч е с к и х н а п р я ж е н и й , ф о р м ы и р а з м е р а о б р а з ц а . В с в я з и с э т и м
м е т о д а м и ч и с л е н н о г о к о н е ч н о э л е м е н т н о г о а н а л и з а с п р и в л е ч е н и е м п о д х о д о в
м е х а н и к и р а з р у ш е н и я п р о в е д е н а о ц е н к а в л и я н и я в о з н и к а ю щ и х т р е щ и н в
п о к р ы т и и к а к к о н ц е н т р а т о р а н а п р я ж е н и й н а т е р м о н а п р я ж е н н о е с о с т о я н и е
м а т е р и а л а о с н о в ы и ж и в у ч е с т ь к о н с т р у к ц и и . О ц е н о ч н ы й р а с ч е т и з м е н е н и я
к о э ф ф и ц и е н т о в и н т е н с и в н о с т и н а п р я ж е н и й ( К И Н ) д л я о б р а з ц а б е з п о к р ы
т и я и с п о к р ы т и е м № - С о - С г - А 1 - У т о л щ и н о й 1 0 0 м к м в з а в и с и м о с т и о т
д л и н ы м а г и с т р а л ь н о й т р е щ и н ы в с р е д и н н о й п л о с к о с т и о б р а з ц а о с у щ е с т
в л е н д л я к л и н о в и д н о й м о д е л и с о с л е д у ю щ и м и г е о м е т р и ч е с к и м и п а р а м е т р а
м и : г = 0 , 7 м м , < ^ = 1 5 ° , Ь = 4 3 м м , Н = 8 0 м м . И з м е н е н и е т е р м и ч е с к и х
н а п р я ж е н и й в о в р е м е н и н а к р о м к е к л и н о в и д н о г о о б р а з ц а и м а к с и м а л ь н ы х
з н а ч е н и й К И Н п о ф р о н т у т р е щ и н ы д л я о б р а з ц а 1 5 . 0 7 . 4 3 с у ч е т о м о с т а
т о ч н ы х н а п р я ж е н и й п о к а з а н о н а р и с . 6 .
84 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, № 4
Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов
К і , МПал/м^
-100 .
-300
-200 ■
200 ■
100 ■
0 г ,с
ю ■
5 ■
25 ■-----
20 ■ ________
О 0.2 0.4 0.6 0.8 х, мм
б
5
а
Рис. 6. Изменение термических напряжений о 2 во времени на кромке клиновидного образ
ца (а) и максимальных значений КИН по фронту трещины (б) для образца 15.07.43 без
покрытия и с покрытием №-Со-Сг-А1-У: 1 - напряжения на кромке образца без покрытия;
2 - напряжения на кромке образца в основе под покрытием; 3 - напряжения на кромке
образца в покрытии; 4, 5 - КИН в образце соответственно без покрытия и с покрытием.
А н а л и з п о л у ч е н н ы х д а н н ы х с в и д е т е л ь с т в у е т о т о м , ч т о б л а г о д а р я п р и
м е н е н и ю п о к р ы т и я у р о в е н ь К И Н в в е р ш и н е п о д р а с т а ю щ е й т р е щ и н ы с н и ж а
е т с я , а с л е д о в а т е л ь н о , у в е л и ч и в а е т с я ж и в у ч е с т ь к о н с т р у к ц и и в ц е л о м .
О с н о в ы в а я с ь н а р е з у л ь т а т а х э к с п е р и м е н т а л ь н о г о и с с л е д о в а н и я к и н е
т и к и п о в р е ж д е н и я ж а р о п р о ч н ы х с п л а в о в п р и т е р м о ц и к л и ч е с к о м н а г р у ж е
н и и в к о р р о з и о н н о й с р е д е и и с п о л ь з у я р а з р а б о т а н н ы е м е т о д ы м а т е м а т и
ч е с к о г о м о д е л и р о в а н и я , м о ж н о к о л и ч е с т в е н н о о ц е н и т ь р о л ь о т д е л ь н ы х ф а к
т о р о в , в т о м ч и с л е с т р у к т у р н ы х и з м е н е н и й м а т е р и а л а в о к р е с т н о с т и т р е
щ и н , и и х в л и я н и е н а ж и в у ч е с т ь э л е м е н т а к о н с т р у к ц и и .
Р е з ю м е
П р е д с т а в л е н о р е з у л ь т а т и д о с л і д ж е н н я к і н е т и к и п о ш к о д ж е н н я к о н с т р у к ц і й
н и х е л е м е н т і в і з ж а р о м і ц н и х с п л а в і в , у т о м у ч и с л і і з з а х и с н и м и п о к р и т
т я м и , п р и т е р м о ц и к л і ч н о м у н а в а н т а ж е н н і . П р о а н а л і з о в а н о в п л и в н а п р у -
ж е н о - д е ф о р м о в а н о г о с т а н у н а р о з в и т о к т р і щ и н в у м о в а х т е р м о у т о м н о г о
н а в а н т а ж е н н я .
1 . Б и р г е р И . А . , Ш о р р Б . Ф . , Д е м ъ я н у ш к о И . В . и д р . Т е р м о п р о ч н о с т ь
д е т а л е й м а ш и н . - М . : М а ш и н о с т р о е н и е , 1 9 7 5 . - 4 5 5 с .
2 . Г е ц о в Л . Б . М а т е р и а л ы и п р о ч н о с т ь д е т а л е й г а з о в ы х т у р б и н . - М . :
Н е д р а , 1 9 9 6 . - 5 9 1 с .
3 . Д у л ъ н е в Р . А . , К о т о в П . И . Т е р м и ч е с к а я у с т а л о с т ь м а т е р и а л о в . - М . :
М а ш и н о с т р о е н и е , 1 9 8 0 . - 2 0 0 с .
4 . Т у л я к о в Г . А . Т е р м и ч е с к а я у с т а л о с т ь в т е п л о э н е р г е т и к е . - М . : М а ш и н о
с т р о е н и е , 1 9 7 8 . - 1 9 9 с .
5 . П о с п и ш и л Б . , К в и т к а А . Л . , Т р е т ъ я ч е н к о Г . Н . и д р . П р о ч н о с т ь и
д о л г о в е ч н о с т ь э л е м е н т о в э н е р г е т и ч е с к о г о о б о р у д о в а н и я . - К и е в : Н а у к .
д у м к а , 1 9 8 7 . - 2 1 6 с .
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2006, N2 4 85
Л. В. Кравчук, Р. И. Куриат, К. П. Буйских и др.
6 . С о п р о т и в л е н и е м а т е р и а л о в д е ф о р м и р о в а н и ю и р а з р у ш е н и ю : С п р а в о ч
н о е п о с о б и е в 2 т . / П о д р е д . В . Т . Т р о щ е н к о . - К и е в : Н а у к . д у м к а . -
1 9 9 3 . - Т . 1 . - 2 8 8 с .
7 . Т р е т ъ я ч е н к о Г . Н . , К р а в ч у к Л . В . , К у р и а т Р . И . и д р . Т е р м и ч е с к а я
у с т а л о с т ь м а т е р и а л о в в у с л о в и я х н е о д н о р о д н о г о т е р м о н а п р я ж е н н о г о
с о с т о я н и я . - К и е в : Н а у к . д у м к а , 1 9 8 5 . - 2 8 0 с .
8 . Д С Т У 2 3 .6 7 9 4 . Є д и н а с и с т е м а з а х и с т у в і д к о р о з і ї т а с т а р і н н я . М е т а л и ,
с п л а в и , п о к р и т т я ж а р о с т і й к і . М е т о д в и п р о б у в а н ь н а в и с о к о т е м п е р а т у р н у
к о р о з і ю т а т е р м о в т о м у в п о т о ц і п р о д у к т і в г о р і н н я п а л и в а / Л . В . К р а в
ч у к , Г . Р . С е м е н о в , P . І . К у р і а т т а і н . - В в е д . 2 5 . 0 2 . 9 4 . - 2 7 с .
9 . П р о г р а м н е з а б е з п е ч е н н я “ Т р и в и м і р н е с к і н ч е н н о е л е м е н т н е м о д е л ю в а н
н я т е п л о в о г о і т е р м о н а п р у ж е н о г о с т а н у е л е м е н т і в м а ш и н о б у д і в н и х
к о н с т р у к ц і й ( S P A C E ) ” / / С и с т е м а с е р т и ф і к а ц і ї У к р С Е П Р О . - С е р т и ф і
к а т в і д п о в і д н о с т і № U A 1 . 0 1 7 . 0 0 8 4 2 6 1 - 0 2 . - 2 0 0 2 .
1 0 . S m ia le k J . L . A d v a n c e s і п t h e o x i d a t i o n r e s i s t a n c e o f h i g h - t e m p e r a t u r e
t u r b i n e m a t e r i a l s / / S u r f a c e a n d I n t e r f a c e A n a l y s i s . - 2 0 0 1 . - 31 ( 7 ) . - P . 5 8 2
- 5 9 2 .
1 1 . S a r i o g l u C . , S t i g e r M . J . , B l a c h e r e J . R . , e t a l . T h e a d h e s i o n o f a l u m i n a f i l m s
t o m e t a l l i c a l l o y s a n d c o a t i n g s / / M a t e r i a l s a n d C o r r o s i o n . - 2 0 0 0 . - 51 ( 5 ) . -
P . 3 5 8 - 3 7 2 .
1 2 . S m ia le k J . L . M a i n t a i n i n g a d h e s i o n o f p r o t e c t i v e A 1 2O 3 s c a l e s / / J . M i n e r a l s ,
M e t a l s & M a t e r i a l s S o c i e t y . - 2 0 0 0 . - 52 ( 1 ) . - P . 2 2 - 2 5 .
1 3 . К у р и а т Р . И . , Б у й с к и х К . П . , К и с е л е в с к а я С . Г . И с с л е д о в а н и е п о в р е ж
д а е м о с т и и к и н е т и к и т р е щ и н т е р м и ч е с к о й у с т а л о с т и п р и м е н и т е л ь н о к
к о н с т р у к ц и о н н ы м э л е м е н т а м Г Т Д / / В и б р а ц и и в т е х н и к е и т е х н о л о г и я х .
- 2 0 0 1 . - № 5 ( 2 1 ) . - С . 3 7 - 3 9 .
1 4 . К о б е л ъ с к и й С . В . , К у р и а т Р . И . , К р а в ч е н к о В . И . , К в и т к а А . Л . Ч и с л е н
н о е м о д е л и р о в а н и е т е р м о н а п р я ж е н н о г о с о с т о я н и я м о д е л е й л о п а т о к
Г Т Д с т е п л о з а щ и т н ы м и п о к р ы т и я м и и о ц е н к а и х р е с у р с а : Т р . М е ж д у н а р .
к о н ф . “ О ц е н к а и о б о с н о в а н и е п р о д л е н и я р е с у р с а э л е м е н т о в к о н с т р у к
ц и й ” . - К и е в , 2 0 0 0 . - 2 . - С . 7 9 5 - 8 0 0 .
Поступила 04. 11. 2005
86 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2006, № 4
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-47802 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T10:00:43Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кравчук, Л.В. Куриат, Р.И. Буйских, К.П. Задворный, Е.А. Киселевская, С.Г. 2013-08-01T12:07:38Z 2013-08-01T12:07:38Z 2006 Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке / Л.В. Кравчук, Р.И. Куриат, К.П. Буйских, Е.А. Задворный, С.Г. Киселевская // Проблемы прочности. — 2006. — № 4. — С. 79-86. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47802 620.178.3:539.434 Представлены результаты исследования кинетики повреждения конструкционных элементов из жаропрочных сплавов, в том числе с защитными покрытиями, при термоциклическом нагружении. Проанализировано влияние напряженно-деформированного состояния на развитие трещин в условиях термоусталостного нагружения. Представлено результати дослідження кінетики пошкодження конструкційних елементів із жароміцних сплавів, у тому числі із захисними покриттями, при термоциклічному навантаженні. Проаналізовано вплив напружено-деформованого стану на розвиток тріщин в умовах термоутомного навантаження. We present results of study of damage kinetics of structural components made of heat-resistant alloys, including those with protective coatings, under thermocyclic loading conditions. The stress-strain state impact on crack propagation in thermal fatigue loading condition is analyzed. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке Study of damage kinetics of heat resistant aloys subjected to thermocyclic loading in a gas flow Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке Кравчук, Л.В. Куриат, Р.И. Буйских, К.П. Задворный, Е.А. Киселевская, С.Г. Научно-технический раздел |
| title | Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке |
| title_alt | Study of damage kinetics of heat resistant aloys subjected to thermocyclic loading in a gas flow |
| title_full | Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке |
| title_fullStr | Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке |
| title_full_unstemmed | Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке |
| title_short | Исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке |
| title_sort | исследование кинетики повреждения жаропрочных сплавов при термоциклическом нагружении в газовом потоке |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/47802 |
| work_keys_str_mv | AT kravčuklv issledovaniekinetikipovreždeniâžaropročnyhsplavovpritermocikličeskomnagruženiivgazovompotoke AT kuriatri issledovaniekinetikipovreždeniâžaropročnyhsplavovpritermocikličeskomnagruženiivgazovompotoke AT buiskihkp issledovaniekinetikipovreždeniâžaropročnyhsplavovpritermocikličeskomnagruženiivgazovompotoke AT zadvornyiea issledovaniekinetikipovreždeniâžaropročnyhsplavovpritermocikličeskomnagruženiivgazovompotoke AT kiselevskaâsg issledovaniekinetikipovreždeniâžaropročnyhsplavovpritermocikličeskomnagruženiivgazovompotoke AT kravčuklv studyofdamagekineticsofheatresistantaloyssubjectedtothermocyclicloadinginagasflow AT kuriatri studyofdamagekineticsofheatresistantaloyssubjectedtothermocyclicloadinginagasflow AT buiskihkp studyofdamagekineticsofheatresistantaloyssubjectedtothermocyclicloadinginagasflow AT zadvornyiea studyofdamagekineticsofheatresistantaloyssubjectedtothermocyclicloadinginagasflow AT kiselevskaâsg studyofdamagekineticsofheatresistantaloyssubjectedtothermocyclicloadinginagasflow |