Разработка метода ускоренных коррозионно-эрозионных испытаний выпускных клапанов судовых дизелей с применением статистического планирования эксперимента

Данная статья посвящена исследованию важной проблемы быстрого коррозионно-эрозионного разрушения выпускных клапанов судовых дизельных двигателей, вызванного сочетанием высоких температур, агрессивных сернистых соединений и абразивных зольных частиц, присутствующих в продуктах сгорания топлива. Основной задачей исследования является создание и валидация воспроизводимого лабораторного метода, который позволит моделировать реальные эксплуатационные условия в ускоренном режиме и количественно оценивать влияние отдельных факторов на общий износ. Для проведения экспериментов была разработана специализированная коррозионно-эрозионная камера, обеспечивающая точный контроль температуры поверхности образцов (650–800 °C), концентрации оксидов серы (SOₓ), содержания твердых частиц и других параметров. В качестве объектов исследования использовались выпускные клапаны двигателя 6ЧН 18/22, включая образцы с жаростойкими покрытиями и без них. Для оптимизации испытаний и повышения информативности был использован метод статистического планирования эксперимента — дробный факторный план 2⁵⁻¹, позволяющий системно оценить влияние пяти основных факторов. По итогам 100-часовых испытательных циклов был проведен комплексный анализ, включающий измерение скорости износа, глубины микротрещин, потери массы и изменения микротвердости. Статистический анализ (ANOVA) показал, что наибольшее влияние на износ оказывают температура поверхности и концентрация SOₓ, а также был обнаружен значительный синергетический эффект между SOₓ и твердыми частицами. Экспериментально установлено, что использование топливных присадок снижает химическую коррозию на 30–35 %, а защитные покрытия уменьшают эрозионный износ на 20–25 %. Валидация метода, проведенного путем сравнения с натурными данными, показала хорошую согласованность результатов (расхождение в пределах 10–15 %). Разработанный метод является эффективным инструментом для прогнозирования ресурса выпускных клапанов и обоснования выбора защитных стратегий в судостроении.

1. Чанчиков В. А. Исследование и разработка перспективных смазочных материалов для применения в судовых дизельных двигателях и повышения ресурса цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания / В. А. Чанчиков, И. Н. Гужвенко, А. И. Андреев [и др.] // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2021. — № 4. — С. 62–74. DOI: 10.24143/2073-1574-2021-4-62-74. — EDN VHSUSF.

2. Grzesik Z. High temperature corrosion of valve steels in combustion gases of petrol containing ethanol addition / Z. Grzesik, G. Smola, K. Adamaszek, Z. Jurasz, S. Mrowec // Corrosion Science. — 2013. — Vol. 77. — Pp. 369–374. DOI: 10.1016/j.corsci.2013.08.030.

3. Young D. J. High temperature oxidation and corrosion of metals / D. J. Young — Elsevier, 2023. — 750 p.

4. Карева Н. Т. Исследование трещинообразования при изготовлении выпускного клапана ДВС / Н. Т. Карева, Д. Т. Чунгаков, Н. А. Заварцев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. — 2019. — Т. 19. — № 2. — С. 44–52. DOI: 10.14529/met190205. — EDN JLHSEN.

5. Montgomery D. C. Design and analysis of experiments / D. C. Montgomery — Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2020. — 724 p.

6. Li D.-F. Erosion — corrosion resistance of Mo-Ti- and Ni-Cr-Mo-alloyed medium-carbon martensitic steels: a critical analysis of synergistic effect of erosion and corrosion / D.-F. Li, H.-Y. Dong, C.-Y. Hu, K.-M. Wu, S. Yershov, O. Isayev // Journal of Iron and Steel Research International. — 2022. — Vol. 29. — Is. 8. — Pp. 1299–1311.

7. Ганиев И. Н. Анодное поведение сплавов системы Zn-in / И. Н. Ганиев, Г. М. Атоев, Р. Д. Исмонов [и др.] // Вестник Кузбасского государственного технического университета. — 2025. — № 3(169). — С. 101–109. DOI: 10.26730/1999-4125-2025-3-101-109. — EDN HBMTHA.

8. Баранов А. Н. Применение методов планирования эксперимента при прогнозировании величины износостойкости инструментальной оснастки / А. Н. Баранов, Е. М. Баранова, А. И. Титоров // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. — 2016. — № 11–1. — С. 166–178. — EDN XDYLNZ.

9. Александров Д. А. Исследование эрозионно-коррозионностойких покрытий для защиты титановых моноколес вертолетных газотурбинных двигателей / Д. А. Александров, О. Н. Доронин, П. Л. Журавлева, А. С. Бенклян // Труды ВИАМ. — 2023. — № 9(127). — С. 90–100. DOI: 10.18577/2307-6046-2023-0-9-90-100. — EDN FAOPGJ.

10. Davis J. R. Handbook of Thermal Spray Technology / J. R. Davis — Materials Park, OH: ASM International, 2019. — 338 p.