Натурные испытания в режиме реального времени напряжений из-за окалины в суперсплаве методом скручивающего момента для образца, вырезанного по кривой Архимеда

Хай-тао Ванг$^{1}$, Шао-мей Женг$^{1}$, Хуа-шун Ю$^{2}$

$^{1}$College of Mechanical Engineering, Qingdao University of Technology, 11 Fushun Road, 266033 Qingdao, China
$^{2}$Key Laboratory for Liquid-Solid Structural Evolution and Processing of Materials, Ministry of Education, Shandong University, 17923 Jingshi Road, 250061 Jinan, China

Получена: 06.06.2016. Скачать: PDF

Напряжения являются непосредственной причиной отслоения приповерхностной окалины, что приводит к разрушению защиты матрицы сплава. Следовательно, изучение механического поведения окалины является ключом к выяснению стойкости сплавов к окислению. В данной работе рассматривается новая экспериментальная методика измерения скручивающего момента для тонкого слоя материала, вырезанного по кривой Архимеда, служащая для in situ изучения в режиме реального времени напряжений, возникающих за счёт окалины, в суперсплаве на основе железа K273 в течение всего высокотемпературного окисления. Согласно полученному выражению, для точного расчёта в режиме реального времени напряжений $\sigma$, возникающих из-за окалины, достаточно лишь наблюдения за полярным радиусом OC$^{'}$ образца, вырезанного по кривой Архимеда. При исследовании процесса окисления на протяжении 5 часов при температуре 800°C зависимость напряжений из-за окалины от времени окисления была сведена к уравнению параболы. По мере роста оксида и формирования новых внутренних его слоёв, давящих друг на друга, генерируются напряжения за счёт окалины. Анализ, проведённый методами СЭМ, ЭРС и РДА, показал, что окалина уплотняется в композитную структуру, состоящую из Cr$_{2}$O$_{3}$ и шпинели (Fe, Ni, Mn)Cr$_{2}$O$_{4}$. Уменьшение напряжений, возникающих за счёт окалины, приводит к более низкой скорости окисления и повышению стойкости к окислению. Улучшенная использованием вакуумной системы методика in situ измерения скручивающего момента для образцов, вырезанных по кривой Архимеда, качественно и количественно проверена путём исследования роста окалины и термических напряжений на протяжении всего времени высокотемпературного окисления.

Ключевые слова: суперсплав на основе железа, напряжения, возникающие за счёт окалины, стойкость к окислению, кривая Архимеда.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v38/i12/1635.html

PACS: 68.35.Gy, 68.47.Gh, 68.55.J-, 68.55.Nq, 68.60.Dv, 81.65.Kn, 81.65.Mq


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. H. J. Engell und F. K. Peter, Archiv für das Eisenhüttenwesen, 28: 567 (1957) (in German) Crossref
  2. K. Kendall, J. Phys. D: Appl. Phys., 4: 1186 (1971) Crossref
  3. M. Schutze, Mater. Sci. Technol., 4: 407 (1988) Crossref
  4. A. M. Huntz, J. L. Lebru, and A. Boumaza, Oxid. Metals, 33: 321 (1990) Crossref
  5. C. Juricic, H. Pinto, D.Cardinali, M. Klaus, Ch. Genzel, and A. R. Pyzalla, Oxid. Metals, 73: 115 (2010) Crossref
  6. J. L. Ruan, Y. M. Pei, and D. N. Fang, Acta Mechanica, 223: 2597 (2012) Crossref
  7. J. Birnie, C. Craggs, D. J. Gardiner, and P. R. Graves, Corrosion Sci., 33: 1 (1992) Crossref
  8. P. Y. Hou, J. Ager, J. Mougin, and A. Galerie, Oxid. Metals, 75: 229 (2011) Crossref
  9. F. Yang, X. F. Zhao, and P. Xiao, Oxid. Metals, 81: 331 (2014) Crossref
  10. Hai-tao Wang, Hua-shun Yu, Yu-qing Wang, Jing Zhang, Zhen-ya Zhang, and Zhi-fu Wang, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 31, No. 5: 701 (2009)
  11. Hai-tao Wang, Ji-wen Tan, Chang-song Liu, and Hua-shun Yu, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 33, No. 6: 757 (2011)
  12. G. Tammann, Z. Anorg. Chem., 111: 78 (1920)
  13. C. Wagner, Z. Physik. Chem., B21: 25 (1933)
  14. C. Wagner, Z. Physik. Chem., B32: 447 (1936)