Кудряков Олег Вячеславович, профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение», главный научный сотрудник НОЦ «Материалы» ДГТУ, доктор технических наук, профессор
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Kudryakov, Oleg V., professor of the Physical and Applied Material Science Department, Chief Researcher of the SEC “Materials”, DSTU, Dr.Sci. (Eng.), professor
344000, Rostov-on-Don, Gagarin Square,1
Варавка Валерий Николаевич, профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение», руководитель НОЦ «Материалы» ДГТУ, доктор технических наук, доцент
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Varavka, Valery N., professor of the Physical and Applied Material Science Department, Head of the SEC “Materials”, DSTU, associate professor
344000, Rostov-on-Don, Gagarin Square,1
Забияка Игорь Юрьевич, аспирант кафедры «Физическое и прикладное материаловедение», младший научный сотрудник НОЦ «Материалы» ДГТУ
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Zabiyaka, Igor Yu.,postgraduate student of the Physical and Applied Material Science Department, Junior Researcher of the SEC “Materials” DSTU
344000, Rostov-on-Don, Gagarin Square,1
Бронникова Наталья Ивановна, аспирантка кафедры «Физическое и прикладное материаловедение»
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Bronnikova, Natalia I., postgraduate student of the Physical and Applied Material Science Department
344000, Rostov-on-Don, Gagarin Square,1
Introduction. The phenomenon of the droplet impingement erosion which develops in the metallic materials at the frequencies of drop collisions of 50 ... 200 s-1 and velocities of 150 ... 600 m/s is considered. The comparative estimability of the wear resistance of materials of various structural classes and with different levels of mechanical properties is investigated. The major goal of the work is the development of a computational and analytical model of erosion wear of hardened materials. In parallel, the problem of the criterial evaluation of materials, with the help of which they could be attributed to plastic or reinforced materials and then used as a corresponding model of the fatigue failure mechanics, is solved.
Materials and Methods. The well-known dependences of the fracture mechanics and the fatigue theory of Paris-Erdogan are used for the computational and analytical estimates of the erosion resistance of materials. The calculated expressions parameters are obtained on the basis of the bench erosion test results and scanning electron microscopy data of samples of 20Cr13 steel with a martensitic structure.
Research Results. It is suggested to use limiting state diagrams of the ductile and durable materials as their classification criterion. In particular, the initial and critical size of the brittle fracture can be determined on the basis of such a diagram of the hardened materials. These values are used in the basic model to calculate the erosion resistance of the material. Based on theParis equation from the fatigue theory of ParisErdogan, a computational and analytical model for estimating the erosion resistance of the hardened materials is developed and scientifically proven. Their surface degradation occurs according to the mechanism of nucleation and development of cracks of the clasped type. The calculation data are presented for samples of martensitic 20Cr13 steel using the experimentally obtained parameters of theParis equation.
Discussion and Conclusions. The results obtained are relevant for the selection, optimization or development of the erosionresistant materials for high-speed blades of the steam-gas turbine and compressor equipment operating under the conditions of condensate formation.
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 ПэрисаЭрдогана разработана и научно обоснована расчетноаналитическая 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 акту альны для выбора, оптимизации или разработки эрозионно-стойких материалов для высокоскоростных лопастей парогазотурбинного и компрессорного оборудования, работающих в условиях образования капельного конденсата.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.