Испытания многослойного покрытия Ti-TiN на образцах из стали 20Х13
|
Начальная О предприятии Лопатки ГПА Паровые лопатки Прототипирование Специальная обработка ИПА  ИИ ВПП ПХП ИЛ ВТО ЭПО УЗО Оборудование НИР Экспертная оценка Арматура Контакты |
 |
вернуться
ТЕХНОЛОГИЯ УПРОЧНЕНИЯ
Ионная имплантация азота + многослойное покрытие нитрида титана системы Ti-TiN
Подробнее вакуумно-плазменных покрытиях
Ионная имплантация азота + многослойное покрытие нитрида титана системы Ti-TiN
Подробнее вакуумно-плазменных покрытиях
РЕЗУЛЬТАТЫ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Усталостные образцы из стали 20Х13 испытывались на воздухе (T = 20 oС), база составила N = 1*107 циклов в соответствии с ГОСТ 9.302-88, ГОСТ 25.502-81 и ОСТ 100303-79. Дополнительно проводились сравнительные усталостные испытания образцов из стали 20Х13 в среде насыщенного раствора NaCl (20%, pH 7...8) путем впрыскивания этого раствора на образец в камере установки. Базовый цикл составил N=5*107 циклов.
Установлено:
1. Предел выносливости образцов из стали 20Х13 в исходном состоянии, испытываемых на воздухе составляет 320 МПа, а предел выносливости образцов в упрочненном состоянии (ионное модифицирование + многослойное покрытие TiN) составляет 350 МПа.
Повышение предела выносливости на 9,4 %.
2. Предел выносливости в коррозионной среде образцов из стали 20Х13 в исходном состоянии составляет 180 МПа, в упрочненном состоянии (ионное модифицирование + многослойное покрытие TiN) составляет 250 МПа.
Повышение предела выносливости на 38,9 %.
Установлено:
1. Предел выносливости образцов из стали 20Х13 в исходном состоянии, испытываемых на воздухе составляет 320 МПа, а предел выносливости образцов в упрочненном состоянии (ионное модифицирование + многослойное покрытие TiN) составляет 350 МПа.
Повышение предела выносливости на 9,4 %.
2. Предел выносливости в коррозионной среде образцов из стали 20Х13 в исходном состоянии составляет 180 МПа, в упрочненном состоянии (ионное модифицирование + многослойное покрытие TiN) составляет 250 МПа.
Повышение предела выносливости на 38,9 %.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭРОЗИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ
Эрозионные испытания абразивной стойкости проводились на образцах в исходном и упрочненном состояниях при T=20 oС в пескоструйной установке струйно-эжекторного типа 12Г-53.
Методика исследования эрозионной стойкости основана на определении потери массы образцов при обдуве их газоабразивным потоком.
Режим испытаний:
давление воздуха p= 12 МПа (контроль по манометру);
диаметр сопла 16,5 мм;
абразив: электрокорунд марки 25А ГОСТ 28818-90, №90 ГОСТ 3647-80;
расстояние от среза сопла до средины боковой поверхности образца 320 мм;
угол установки потока (угол между осью сопла и боковой поверхностью образца) 30 o;
Ось сопла по высоте была установлена посредине боковой поверхности образца. обдуву подвергалась только боковая поверхность образца (торцы образца были изолированы).
Установлено повышение эрозионной (абразивной) стойкости в 1,32 раза по сравнению с неупрочненными образцами в исходном состоянии:
1 - образцы в исходном состоянии;
2 - образцы после упрочнения
Рис. Зависимость потерь массы dP образцов от времени испытаний t
Методика исследования эрозионной стойкости основана на определении потери массы образцов при обдуве их газоабразивным потоком.
Режим испытаний:
Ось сопла по высоте была установлена посредине боковой поверхности образца. обдуву подвергалась только боковая поверхность образца (торцы образца были изолированы).
Установлено повышение эрозионной (абразивной) стойкости в 1,32 раза по сравнению с неупрочненными образцами в исходном состоянии:
1 - образцы в исходном состоянии;
2 - образцы после упрочнения
Рис. Зависимость потерь массы dP образцов от времени испытаний t
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭРОЗИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ
Эрозионные испытания материалов и исследование процессов эрозионного износа под воздействием жидкости (каплеударная эрозия) проводились на стенде «Эрозия» разработки Московского энергетического института.
Исследования эрозионной стойкости проводились на стенде при скоростях соударения жидких частиц размером 800 мкм и vуд = 300 м/с. В качестве рабочей жидкости использовался конденсат эксплуатируемой ТЭЦ.
Схема соударения жидкости с поверхностью используемых образцов, реализуемая в экспериментальном стенде, представлена на рисунке.
Для исследований эрозионного износа материалов рабочих лопаток паровых турбин в качестве критериев в данной работе были использованы средняя глубина эрозии (Е), равная отношению уменьшения объёма материала к площади эродированной поверхности и объём жидкости (G/Sэр), выпадающей на единицу площади поверхности.
На основании результатов выполненных исследований для сталей 20X13 и 15X11МФ установлено:
1. Величина 1-го (инкубационного) периода кинетики эрозионного износа для образцов с покрытием увеличилась в 1,35 раза по сравнению с аналогичной характеристикой для образцов без упрочнения (в исходном состоянии).
2. Эрозионная стойкость образцов во II-м периоде (период максимального износа) с покрытием по отношению к образцам без упрочнения выше в 1,71 раза.
3. Скорость эрозии в III-м периоде (период установившейся скорости износа) для образцов с покрытием и образцов без упрочнения оказалась одинаковой.
1 - образцы в исходном состоянии;
2 - образцы после упрочнения
Рис. Кривые кинетики эрозионного износа для стали 20Х13 и 15X11МФ
Исследования эрозионной стойкости проводились на стенде при скоростях соударения жидких частиц размером 800 мкм и vуд = 300 м/с. В качестве рабочей жидкости использовался конденсат эксплуатируемой ТЭЦ.
Схема соударения жидкости с поверхностью используемых образцов, реализуемая в экспериментальном стенде, представлена на рисунке.
Для исследований эрозионного износа материалов рабочих лопаток паровых турбин в качестве критериев в данной работе были использованы средняя глубина эрозии (Е), равная отношению уменьшения объёма материала к площади эродированной поверхности и объём жидкости (G/Sэр), выпадающей на единицу площади поверхности.
На основании результатов выполненных исследований для сталей 20X13 и 15X11МФ установлено:
1. Величина 1-го (инкубационного) периода кинетики эрозионного износа для образцов с покрытием увеличилась в 1,35 раза по сравнению с аналогичной характеристикой для образцов без упрочнения (в исходном состоянии).
2. Эрозионная стойкость образцов во II-м периоде (период максимального износа) с покрытием по отношению к образцам без упрочнения выше в 1,71 раза.
3. Скорость эрозии в III-м периоде (период установившейся скорости износа) для образцов с покрытием и образцов без упрочнения оказалась одинаковой.
1 - образцы в исходном состоянии;
2 - образцы после упрочнения
Рис. Кривые кинетики эрозионного износа для стали 20Х13 и 15X11МФ
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ
Коррозионные испытания проводились на образцах из стали 20Х13 в упрочненном состоянии (ионное модифицирование + многослойное покрытие TiN) и на образцах в исходном состоянии в соответствии с ГОСТ 15150.
Для оценки коррозионной стойкости применяли серию испытаний по ускоренной методике ВИАМ (10-ти циклами испытания). Сущность метода заключается в ускорении коррозионного процесса под влиянием высоких и быстросменяющих температур, близких к температуре эксплуатации, ионов хлора и относительной влажности воздуха. Причем условия испытаний жестче, чем реальные условия эксплуатации при сохранении реальных механизмов коррозии (на практике десять циклов ускоренных испытаний приравнивают к двум годам эксплуатации авиационного двигателя).
Результаты взвешивания образцов и внешнего осмотра после испытаний приведены в таблице.
Таблица. Результаты взвешивания образцов и внешнего осмотра после коррозионных испытаний
Для оценки коррозионной стойкости применяли серию испытаний по ускоренной методике ВИАМ (10-ти циклами испытания). Сущность метода заключается в ускорении коррозионного процесса под влиянием высоких и быстросменяющих температур, близких к температуре эксплуатации, ионов хлора и относительной влажности воздуха. Причем условия испытаний жестче, чем реальные условия эксплуатации при сохранении реальных механизмов коррозии (на практике десять циклов ускоренных испытаний приравнивают к двум годам эксплуатации авиационного двигателя).
Результаты взвешивания образцов и внешнего осмотра после испытаний приведены в таблице.
