Дудин Д.С., Келлер И.Э. Описание сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии жаропрочных сплавов с учётом напряжений. II. Расчет и сравнение с экспериментом // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. 2025. № 2(64). С. 77–86. DOI: https://doi.org/10.37972/chgpu.2025.64.2.001. EDN: WIAOVM.

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. II. Расчет и сравнение с экспериментом

Название (англ.): Description of sulfide-oxide and chloride corrosion of heat-resistant alloys taking into account stresses. II. Calculation and comparison with experiment

Индекс(ы) УДК

539.3+539.219.3

DOI

10.37972/chgpu.2025.64.2.001

EDN

WIAOVM

Ключевые слова

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

Аннотация

Сульфидно-оксидная коррозия оказывает негативное влияние на ресурс деталей авиационных двигателей, ослабляя трещиностойкость поверхностного слоя материала. Поверхность приобретает слоистую структуру, состоящую из оксидных слоёв и сульфидного подслоя, в которых возникают остаточные напряжения; материал вблизи поверхности обедняется легирующими элементами. Для описания этого процесса используется построенная ранее связанная модель, описывающая взаимную диффузию компонент сплава и агрессивной среды, их химические реакции, деформации набухания, создающие напряжения, и пластические деформации, способствующие их релаксации. Рассматривается одномерная задача для полупространства, напряженно-деформированное состояние которого удовлетворяет некоторым ограничениям, упрощающим численный расчёт. Решение полной системы связанных уравнений реализовано в прикладном пакете COMSOL Multiphysics. Рассчитывается процесс окисления и сульфидно-оксидной коррозии жаропрочной стали. Получены профили массовых долей компонентов металла, агрессивных веществ, продуктов коррозии, а также профили собственных деформаций и остаточных напряжений. Результаты показывают формирование нескольких диффузионных зон: зоны оксидов, сульфида и промежуточных зон. В зонах оксидов и сульфида наблюдается равномерное распределение компонентов металла. Выявлены два режима протекания коррозии, в которых её скорость контролируется кинетикой химических реакций либо кинетикой взаимной диффузии. Первый режим оказывается непродолжительным и определяет скорость формирования слоистой структуры. Второй режим отвечает за продвижение коррозионных слоёв вглубь металла и является ключевым для прогнозирования роста коррозионных слоев. В последних образуются растягивающие пластические деформации и сжимающие остаточные напряжения. В материале под коррозионным слоем остаточные напряжения растягивающие, что может служить причиной образования и роста поверхностных микротрещин и последующего разрушения.

Финансирование

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

Даты

Поступила: 20.01.2025; Принята: 25.01.2025; Опубликована: 19.12.2025

Страницы

77–86

Полная версия статьи

Скачать PDF

QR-код EDN

1. Дудин Д. С., Келлер И. Э. Описание сульфидно-оксидной и хлоридной коррозии жаропрочных сплавов с учётом напряжений. II. Математическая модель // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева. Серия: Механика предельного состояния. - 2025. - 1 (63). - С. 123-133.  DOI: 10.37972/chgpu.2025.63.1.003 EDN: BDZATO
2. Secondary corrosion protection of FeCr(Al) model alloys at 600 ◦C - The influence of Cr and Al after breakaway corrosion / J. Eklund [et al.] // Corrosion Science. - 2021. - No. 189. - P. 109584. -  DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109584 EDN: SFXWQG
3. Mehrer H. Diffusion in solids. Fundamentals, Methods, Materials, DiffusionControlled Processes. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2007. - 654 p.
4. Study of ion diffusion in oxidation films grown on a model Fe-15%Cr alloy / A. C. S. Sabioni [et al.] // Solid State Ionics. - 2015. - No. 276. - P. 1-8. -  DOI: 10.1016/j.ssi.2015.03.027
5. Effects of imposed stresses on high temperature corrosion behavior of T91 / Z. Ning [et al.] // Corrosion Science. - 2021. - No. 189. - P. 109595. -  DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109595 EDN: SOXSNF
6. Sulphur diffusion through a growing chromia scale and effects of water vapor / C. Sha [et al.] // Corrosion Science. - 2023. - No. 222. - P. 111410.  DOI: 10.1016/j.corsci.2023.111410 EDN: PXSDLR

1. Dudin D.S., Keller I.E. Description of sulfide-oxide and chloride corrosion of heat-resistant alloys with allowance for stresses. II. Mathematical model. Vestn. Chuvash. Gos. Ped. Univ. im. I. Ya. Yakovleva. Ser.: Mekh. Pred. Sost., 2025, no. 1(63), pp. 123–133. DOI: 10.37972/chgpu.2025.63.1.003. EDN: BDZATO. (In Russian).
2. Eklund J., et al. Secondary corrosion protection of FeCr(Al) model alloys at 600 °C: The influence of Cr and Al after breakaway corrosion. Corrosion Science, 2021, no. 189, article 109584. DOI: 10.1016/j.corsci.2021.109584. EDN: SFXWQG.
3. Mehrer H. Diffusion in Solids. Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion-Controlled Processes. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2007. 654 p.
4. Sabioni A.C.S., et al. Study of ion diffusion in oxidation films grown on a model Fe-15%Cr alloy. Solid State Ionics, 2015, no. 276, pp. 1–8. DOI: 10.1016/j.ssi.2015.03.027.
5. Ning Z., et al. 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.
6. Sha C., et al. Sulphur diffusion through a growing chromia scale and effects of water vapor. Corrosion Science, 2023, no. 222, article 111410. DOI: 10.1016/j.corsci.2023.111410. EDN: PXSDLR.

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.