Анализ закономерностей повреждаемости поверхностных слоев

Еще в большей степени, чем в сердцевине материала, следует ожидать изменения свойств на поверхности кромок лопаток — в зонах максимальных термических напряжений, температурных колебаний и градиентов температур и напряжений, в зонах, где часто имеют место пластические деформации. О возможном снижении механических характеристик материалов в наиболее ответственных участках лопаток косвенно свидетельствуют изменения химического состава поверхностных слоев. Как видно из рисунка, твердость изменяется по довольно сложному закону, который не имеет видимой связи с закономерностями убывания легирующих элементов. Результаты металлографических исследований показали, что у самой поверхности образуются окислы (окалина), имеющие высокую микротвердость (1100- 1200 кГ/мм2). Под внешним слоем находится относительно толстый слой сравнительно мягкого материала с микротвердостью (210- 270 кГ/мм2) более, чем в 5 раз меньше микротвердости окалины и почти вдвое меньше микротвердости основного материала (370- 400 кГ/мм2). Между этим слоем и основным материалом находится тонкий слой с повышенной твердостью. Эта сложная закономерность объясняется, по-видимому, процессами диффузии и неравномерным пластическим деформированием при больших градиентах температур, напряжений и свойств материала. Наличие соли в потоке существенно влияет на ход этого процесса.

Анализ закономерностей повреждаемости поверхностных слоев, ответственных за процессы зарождения трещин, частично может быть произведен путем металлографических и рентгенографических исследований. Микрошлиф кромки лопатки (сплав ЭИ868). Внешняя окалина высокой твердости состоит из простых окислов и сложного двойного окисла. Слой под окалиной представляет никелевый твердый раствор с очень низкой твердостью. Извилистые черные пятна в этом слое — микротрещины и поры, частично заполненные окислами.

Поскольку окислы NiO, Сг.203 занимают в 2-4,4 раза больший удельный объем, чем металл, они способствуют разрыхлению и разупрочнению материала. С течением времени испытаний эти извилистые черные пятна увеличиваются и развиваются, перерастая в трещины.