Prior til testning, C-ring prøver blev renset i et ultralydbad med IPA (isopropylalkohol). Korrosion eksponeringer blev udført i en vandret, kontrolleret atmosfære ovn. Korrosion miljø, deponering sammensætning og deponering flux blev kontrolleret Ved hjælp brønden-established indbetaling overlakeringstid metode (fx Sumner et al. [3]). Prøver blev overtrukket med en 80/20 M blanding af Na2 SO4/K2-SO4. Massen af ​​peng grænset salt blev målt per arealenhed og prøver blev recoated hver 100 h for at kontrollere aflejringen flux. En gasformig miljø af luft - 300 Vppm SO2 blev anvendt, og alle test blev udført ved 550 ° C. C-rings var stressede til 800, 700 og 500 MPa og eksponeret for 100, 300 eller 500 timer eksponeringstider med et mål dep osition flux på 5 ug/cm2/h. Desuden blev en C-ring ved hvert mål spændingsniveau eksponeret i 300 timer uden enhver deponering.

Microscopy og analysemetoder

Samples blev monteret i en 50:50 blanding af MetPrep s epoxy sæt harpiks og ballotini (40-70 glas diameter μm kugler). Prøver blev derefter snittet under anvendelse oliesmøremiddel at forhindre opløsning af korrosion prod ter og indskud, hvorefter den formales og derefter pol ished til en 1 um diamant pasta finish (igen under anvendelse oliesmøremiddel).

Both optisk og SEM undersøgelser af de sam cipper blev udført. Optisk mikroskopi blev anvendt til at bestemme, om revnedannelse var til stede i C-rings efter hver periode eksponering. SEM blev anvendt til at karakterisere resultaterne afnedbrydningsmekanisme interaktion med legeringen mikrostruktur. FEI XL-30 og et JEOL 7800F field elektronkanon (FEG) SEMs udstyret med backscat ter energi-dispersive X-ray (EDX) detektorer blev anvendt til karakterisering og SEM billeddannelse. SEM billeder var stillingen-processed hjælp Billede J software til at muliggørenøjagtig måling af funktioner. 

    

Figure 1.C-ring prøve geometri som etableret fra ISO 7539-5 (a) ovenfra frontal tværsnit (b) tværsnit (c) sidebilledecross sektion (d) isometrisk. (enheder i mm).

Figure 2.Eksempel af et C-ring mesh indspændt mellem toplates.

FEA analysemetoder

FEA modellering blev udført under anvendelse ANSYS Workbench 15 [18]. Materialet model, der anvendes til denne analyse var en isotrop model dannet ved anvendelse af monotone surrogat materialedata for CMSX-4 fra Siebörger et al. [17]. C-ring blev begrænset mellem to plader (Figur2). En friktionsløs glidekontakt blev anvendt mellem en af ​​de to blokke, og C-ring for at tillade en lille mængde af relativ bevægelse. Grænsebetingelserne

were påføres gennem en forskydning svarende til dem, der beregnes ved anvendelse af ligning (1) (og anført i tabel3).

Den C-ring blev modelleret som tre separate sec tioner for at tillade merenøjagtig forfining af maskerne i den centrale del af C-ring. Dette var VIGTIGE som det var i dette centrale område, at det var Antic ipated der kunne opstå revner. En hex dominerende mesh anvendes Where ver muligt; dog meshing omkring revnespidser krævede anvendelse af en tetraedrisk

mesh på grund af størrelsen og kompleksiteten af ​​revnespidsen geometri.

Når fastspændt, en multiaksial spændingstilstand blev præ dicted i C-ring. Som sådan von Mises kriterium blev anvendt til at opnå lokale stress værdier. Men det var ogsånyttigt at overveje de vigtigste ellernormale belastninger i forhold til et tilstanden I crack åbning, som vist i figur3

as disse spændinger kunne være højere for C-ring geometri i det primære x-axis plan i forhold til den von Mises stress.

Linear elastisk brudmekanik (ligning (3)) blev anvendt til at vurdere den lokale stress intensitet interval (Δk) for mikro semi-elliptical revner i C-ring. Stress intensitet blev bedømt under anvendelse af ANSYS R15 [18] stress intensitet solver kode. ANSYS bruger T-stress eval

uation [19] for beregne den lokale revnespidsen stress intensitet. Ligning (3): lineær elastisk brudmekanik ligning [20]

Figure 3..Crack åbning modes (a) tilstanden i (b) tilstanden II og (c) mode III.

FEA genereret lokal revnespids stress intensitet forudsigelser blev derefter anvendt til at beregne

geometry faktor (Υ) for finite overfladerevner i C-ring geometri.Δk Du kan derefter sammenlignes medk'te at vurdere sandsynligheden for revnedannelse.k'te af CMSX-4 er blevet rapporteret at være 15 MPa.m1/2 i luft ved 750 ° C [21]. Stress intensiteter _calculated gennem FEA modellering kan sammenlignes med dette for at bestemme sandsynligheden for revnedannelse og virkningen af ​​varm korrosion påk'te.

Results og diskussionC-ring resultater&diskussion

Unstressed sektioner af CMSX-4 C-rings blev cor roded ved 550 ° C med et mål deposition flux på 5 ug/cm2/h og et gasformigt miljø af luft - 300 Vppm SO2. Prøver blev fjernet efter eksponeringstider på 100, 300 og 500 timer. Kontrol viste dannelsen af ​​

an oxidskal indeholdende Co, Ni, S og O (fig4 og5). Sulfidering var forekommet under oxidskal overensstemmelse med type II varm korrosion [722].

For understregede C-rings, revnedannelse i korroderet sam pler blev observeret ved 800 og 700 MPa efter expo staltninger til 100 timer; med synlige revner stadig forekommer ved 500 MPa for eksponering gange længere end 100 timer (tabel2). Derimod C-ring tests uden indskud viste ingen tegn på revnedannelse efter 500 h af udsættelse for testbetingelserne.

C-ringsnormalt opleves revner inden for de mest højt belastede centrale region. Mennår revner indledt off center, revner ville forekomme hver side af midterlinien som følge af forskudte stress distributions- tion omkring C-Ring (figur6).

    Den korrosionsmekanismen varierede fra angreb ing de gamma-prime (γ') til at angribe gam ma-matrix (γ) Dette er synligt i SEM tilbagespredte imaging som et skift i kontrasten mellem de to mikrostrukturelle træk (fig7). Denne reduktion i ryg spredt elektroner kan tilskrives den lavere atomnummer af S og O til stede i korrosionsprodukterne.