Оценка эрозионной стойкости упрочненных металлических сплавов в условиях каплеударного воздействия

Введение. Статья посвящена изучению явления каплеударной эрозии, которая развивается в металлических материалах при частотах капельных соударений 50…200 с-1 и скоростях 150…600 м/с. Исследована возможность сравнительной оценки сопротивления износу материалов различных структурных классов с различным уровнем механических свойств. Основной целью работы было создание расчетно-аналитической модели эрозионного износа упрочненных материалов. Параллельно решалась задача критериальной оценки материалов, с помощью которой можно было бы отнести их к пластичным или упрочненным, после чего использовать соответствующую модель механики усталостного разрушения. Материалы и методы. Для расчетно-аналитических оценок эрозионной стойкости материалов использованы известные зависимости механики разрушения и теории усталости Пэриса-Эрдогана. Параметры расчетных выражений получены на базе результатов стендовых эрозионных испытаний и данных растровой электронной микроскопии образцов стали 20Х13 с мартенситной структурой. Результаты исследования. В качестве классификационного критерия пластичных и прочных материалов предложено использовать их диаграммы предельных состояний. В частности, на основе такой диаграммы упрочненных материалов могут быть определены значения начального и критического размера хрупкой трещины, которые используются в основной модели для расчета эрозионной стойкости материала. На базе уравнения Пэриса усталостной теории Пэриса-Эрдогана разработана и научно обоснована расчетно-аналитическая модель для оценки эрозионной стойкости упрочненных материалов, деградация поверхности которых происходит по механизму зарождения и развития трещин скольного типа. Представлены данные расчетов для образцов мартенситной стали 20Х13 с использованием экспериментально полученных параметров уравнения Пэриса. Обсуждение и заключения. Полученные результаты актуальны для выбора, оптимизации или разработки эрозионно-стойких материалов для высокоскоростных лопастей парогазотурбинного и компрессорного оборудования, работающих в условиях образования капельного конденсата.