Дудин Д.С., Келлер И.Э. Описание сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии жаропрочных сплавов с учётом напряжений. I. Математическая модель // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2025. № 1(63). С. 123-133. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2025.63.1.003. EDN: BDZATO.

Автор(ы)

Дудин Д.С. — Институт механики сплошных сред УрО РАНORCIDeLibrary

Келлер И.Э. — Институт механики сплошных сред УрО РАНORCIDeLibrary

Название статьи

Описание сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии жаропрочных сплавов с учётом напряжений. I. Математическая модель

Название (англ.): Description of sulfide-oxide and chloride corrosion of heat-resistant alloys taking into account stresses. I. Mathematical model

Индекс(ы) УДК

539.3+539.219.3

DOI

10.37972/chgpu.2025.63.1.003

EDN

BDZATO

Ключевые слова

сульфидно-оксидная коррозия; модель; взаимная диффузия; напряжения; упругопластичность; химические реакции; связанные процессы

Аннотация

Сульфидно-оксидная и хлоридная коррозия оказывает значительное влияние на ресурс деталей газотурбинных двигателей. Под воздействием высоких температур кислород и сера проникают через поверхность жаропрочного сплава, изменяя его физико-механические свойства, что при действии высоких внешних нагрузок приводит к разрушению. Взаимная диффузия компонентов и химические реакции изменяют локальный химический состав и плотность материала, создавая поля собственных деформаций и остаточных напряжений. Напряжения и их градиенты влияют на скорости процессов взаимной диффузии компонентов и химических реакций. Движение компонентов обусловлено конвективным переносом и диффузионными потоками относительно материала. Однако для описания взаимной диффузии компонентов в атомных кристаллах независимые диффузионные потоки определяются относительно маркеров — инертных частиц, не влияющих на химические и диффузионные процессы в материале. Формулируется связанная модель, совмещающая маркерный подход к описанию диффузии и материальный подход к описанию деформирования. В ней учитывается наиболее простой механизм сульфидно-оксидной коррозии двухкомпонентного жаропрочного сплава. Учитываются объемные деформации набухания материального объёма вследствие диффузионных и химических процессов и сдвиговые упругопластические деформации металла и продуктов коррозии при высоких температурах, за счет которых в рассматриваемой расчетной схеме релаксируют напряжения. Решение термодинамического неравенства для рассматриваемых переменных состояния и процессов дает перекрестные члены и зависимость от градиента среднего напряжения в физических соотношениях для диффузионных потоков, зависимость скоростей химических реакций от среднего напряжения. В балансовые уравнения химического состава входит скорость конвективного перемещения материала. Предполагается, что эти элементы связанности модели будут важными для описания процесса сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии металлических сплавов с учетом влияния технологических остаточных и эксплуатационных напряжений на диффузионные и химические процессы и возникновения собственных деформаций и остаточных напряжений вследствие этих процессов.

Финансирование

Название программы финансирования: Работа выполнена в рамках госзадания по теме Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН, № ГР АААА-А20-120022590044-7.. Организация, предоставившая финансирование: Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН.

Даты

Поступила: 15.01.2025; Принята: 20.01.2025; Опубликована: 17.06.2025

Страницы

123-133

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. De Groot S. R., Mazur P. Non-equilibrium thermodynamics. Amsterdam: North-Holland Publishing Company, 1962. 528 с.
2. Ning Z., Zhou Q., Liu Z. Effects of imposed stresses on high temperature corrosion behavior of T91 // Corrosion Science. 2021. № 189. С. 109595.  DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109595 EDN: SOXSNF
3. Mehrer H. Diffusion in solids. Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes. 2007. 654 с.  DOI: 10.1007/978-3-540-71488-0
4. Dudin D. S., Keller I. E. On the Decomposition of Motion in the Description of Interdiffusion in a Viscoelastic Body // Mechanics of Solids. 2024. № 7 (59). С. 3781-3797.  DOI: 10.1134/S0025654424606013 EDN: TJHDPZ
5. Brassart L., Liu Q., Suo Z. Mixing by shear, dilation, swap, and diffusion // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2018. № 112. С. 253-272.  DOI: 10.1016/j.jmps.2017.12.008
6. Freidin A. B. On the chemical affinity tensor for chemical reactions in deformable materials // Vestnik of the Yakovlev Chuvash State Pedagogical University. Series: Mechanics of Limit State. 2015. № 3 (50). С. 260-285.  DOI: 10.3103/S0025654415030048 EDN: VAESHT

1. De Groot S.R., Mazur P. Non-Equilibrium Thermodynamics. Amsterdam, North-Holland Publishing Company, 1962. 528 p.
2. Ning Z., Zhou Q., Liu Z. Effects of imposed stresses on high temperature corrosion behavior of T91. Corrosion Science, 2021, no. 189, article 109595. DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109595. EDN: SOXSNF.
3. Mehrer H. Diffusion in Solids. Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes. 2007. 654 p. DOI: 10.1007/978-3-540-71488-0.
4. Dudin D.S., Keller I.E. On the decomposition of motion in the description of interdiffusion in a viscoelastic body. Mechanics of Solids, 2024, vol. 59, no. 7, pp. 3781–3797. DOI: 10.1134/S0025654424606013. EDN: TJHDPZ.
5. Brassart L., Liu Q., Suo Z. Mixing by shear, dilation, swap, and diffusion. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2018, no. 112, pp. 253–272. DOI: 10.1016/j.jmps.2017.12.008.
6. Freidin A.B. On the chemical affinity tensor for chemical reactions in deformable materials. Vestnik of the Yakovlev Chuvash State Pedagogical University. Series: Mechanics of Limit State, 2015, no. 3(50), pp. 260–285. DOI: 10.3103/S0025654415030048. EDN: VAESHT.

Авторские права и лицензия

© 2025 Автор(ы). Статья публикуется в открытом доступе на условиях лицензии Creative Commons «Attribution» 4.0 Всемирная (CC BY 4.0), которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего указания авторства. Авторские права на статью сохраняются за авторами.