不同冲击条件下微晶玻璃涂层冲蚀应力的有限元模拟

材料表面应力状态对材料的冲蚀磨损行为起着重要作用。本文利用有限元方法探讨了冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径对微晶玻璃涂层冲蚀应力的影响,利用常温冲蚀试验机对微晶玻璃涂层在不同冲蚀角度下的体积磨损率进行了测定。结果表明,随冲蚀角度、冲蚀速度、磨料粒径增大,涂层的冲蚀应力均逐渐增大。在相同的冲蚀角度和冲蚀速度条件下,磨料粒径对涂层冲蚀应力的提升效果显著。微晶玻璃涂层冲蚀磨损率随冲蚀角度的增大而增加,其变化规律与冲蚀应力变化趋势基本一致,从而验证了有限元应力模拟的可靠性。     

烟气轮机叶材高温冲蚀建模及分析

塑性金属的冲蚀磨损是磨粒微切削和变形疲劳磨损的共同作用。建立了一种新的基于微切削和变形磨损的可用于高温环境的冲蚀率模型,采用积分计算了磨粒微切削造成的靶材磨屑体积,依据局部化模型和低周疲劳推导出变形磨损的表达式,分析了冲角和温度对冲蚀磨损率的影响。结果表明:GH864发生最大冲蚀率的冲角在50°左右;GH864的冲蚀率在低冲角(30、50°)下随温度的升高而增加,550℃以后增加缓慢,高冲角(90°)下在常温至400℃间几乎不变,400℃以后大幅减小;温度的升高会增加切削磨损,但减小变形磨损,不同温度下流动应力、动态硬度和临界应变的变化对冲蚀特性影响很大。     

碳化硅陶瓷的冲蚀磨损机理

采用自主研发的冲蚀磨损试验机,以碳素钢为参照,对碳化硅陶瓷进行冲蚀磨损实验.通过控制冲蚀角度、冲蚀时间和粒子冲蚀速度,测定碳化硅陶瓷的冲蚀磨损量,并借助于SEM对冲蚀磨损后试样的显微结构进行观察.实验结果表明:碳化硅陶瓷体积冲蚀率随角度增大而增大,在90°下达到最大;碳化硅陶瓷的冲蚀磨损机理为:在小角度下主要以切削磨损为主,在大角度下主要以脆性断裂为主.     

基于有限元模拟研究不同形状磨料对高铝砖的冲蚀磨损

以石英砂、棕刚玉、碳化硅为磨料,对III等高铝砖进行常温垂直冲蚀磨损。假定磨料为动能相同的球体、正方体和正四棱锥,建立单粒子冲蚀模型对冲蚀试验进行有限元模拟,采用线弹性材料模型分析不同形状磨料的冲击行为,采用JH-2材料模型计算靶材的冲蚀磨损率和最大等效应力。结果表明:正方体和正四棱锥磨料的接触时间、垂直压入深度、冲击效率均相当,且远大于球体磨料;冲蚀磨损率的模拟结果和试验结果、靶材最大等效应力三者均与磨料圆度成反比,模拟结果略低于试验结果。对靶材冲蚀前后表面进行显微结构分析,钝角磨料(石英砂)的主要冲蚀机制是缺陷部位的断裂和基质的切削,尖角磨料(碳化硅)的主要冲蚀机制是骨料的断裂和基质的犁削。     

磷酸盐陶瓷涂层耐高温冲蚀磨损性能研究

[目的]垃圾焚烧炉锅炉管道面临严重的高温冲蚀磨损问题,本文研究了磷酸盐陶瓷涂层的耐高温冲蚀磨损性能,以期实现对垃圾焚烧炉锅炉管道的长寿命保护。[方法]以浓磷酸、氢氧化铝、氧化镁和氧化锌为原料,在12Cr1Mo V钢表面制备了磷酸盐陶瓷涂层。在不同冲蚀颗粒质量和冲蚀角下对涂层进行高温冲蚀磨损试验,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了磷酸盐陶瓷涂层的微观组织结构和冲蚀磨损形貌,探究了涂层的高温冲蚀磨损机理。[结果]磷酸盐陶瓷涂层的冲蚀质量损失随着单位时间内冲蚀颗粒质量的增加而线性增大,涂层磨损率最大时的冲蚀角是90°,随着冲蚀角减小,冲蚀率逐渐减小,冲蚀区域由圆形变为椭圆形。涂层表面在冲蚀后出现许多凹坑,冲蚀角越大则凹坑越深、越明显。[结论]磷酸盐陶瓷涂层在高温冲蚀磨损试验中符合脆性材料的冲蚀磨损规律,它适用于垃圾焚烧炉锅炉管道防护领域。     

环氧树脂涂层的耐冲蚀磨损性能

配制了3种环氧树脂涂层配方,测试其耐冲蚀磨损性能。结果发现,以纳米蒙脱土为填料、203#聚酰胺为固化剂的环氧树脂涂层的耐冲蚀磨损性能最佳:随着磨料粒度、磨料质量分数、试验机主轴转速的增大,冲蚀磨损率增加,攻角为45°时冲蚀磨损率最大,60°时最小;推荐最佳耐磨涂层的配方为:w(环氧树脂E-44):w(环氧树脂E一51):w(203#聚酰胺):w(纳米蒙脱土)为30:70:80:7。     

WC–10Co–4Cr复合涂层和04Cr13Ni5Mo合金堆焊层的泥沙冲蚀行为

采用超音速火焰喷涂和焊条电弧焊在Q345钢基体表面分别制备了WC–10Co–4Cr复合涂层和04Cr13Ni5Mo合金堆焊层,测量了2种涂层的显微硬度、孔隙率、断裂韧性和表面粗糙度,并对2种涂层的显微组织和耐泥沙冲蚀磨损性能进行了对比研究。结果表明,二者的体积冲蚀磨损率均随时间延长而增加。在低角度冲蚀磨损条件下,复合涂层的耐泥沙冲蚀磨损性能明显优于堆焊层,涂层的硬度和强度是耐泥沙冲蚀磨损的主要影响因素。在高角度冲蚀磨损条件下,2种涂层的耐泥沙冲蚀磨损性能相差不大,涂层的断裂韧性是主要影响因素。WC–10Co–4Cr复合涂层表现出偏脆性材料的冲蚀磨损特性,04Cr13Ni5Mo堆焊层则表现出典型塑性材料的冲蚀磨损特性。     

几类典型结构陶瓷材料的冲蚀磨损行为研究

研究了几类典型结构陶瓷材料，如Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４陶瓷，Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２系相变增韧陶瓷（ＺＴＡ，ＴＺＰ）和ＳｉＣｗ／Ｓｉ３Ｎ４系晶须补强陶瓷（ＷＲＳＮ）有９０ｍ／ｓ下的冲蚀磨损性能，以及其与材料性能（硬度，断裂韧性）和冲蚀条件（粒子硬度，冲击角度）之间的关系，分析了冲蚀磨损机制。陶瓷材料的低角冲蚀磨损机制主要包括：研磨状损伤，犁沟状微切削损伤和晶粒剥落。低角冲蚀磨损率随材料硬度的增加     

涂层磨损测试方法与环氧树脂耐蚀磨性能研究

研究了磨损测试方法和环氧树脂胶粘涂层的耐冲蚀磨损性能。通过添加不同填料并与固化剂反应制得了不同环氧树脂试样。试验表明:在攻角(入射角)45°时冲蚀率最大,攻角60°时冲蚀率最小。而随冲蚀速度增加,冲蚀率显著增大。加入纳米蒙脱土填料的环氧胶粘涂料比普通复合材料具有良好的抗冲蚀磨损性能。     

二硫化钼改性PTFE摩擦磨损性能

干燥过筛聚四氟乙烯(PTFE)、二硫化钼(MoS_2),模压烧结制备MoS_2/PTFE复合材料,研究其摩擦磨损情况。结果表明,MoS_2填充质量分数为0、5%、10%、15%、20%时,复合材料的摩擦因数随转速的增大而增大;在20、40、60、80 r/min转速下,复合材料摩擦因数随MoS_2填充质量分数的增加而增大,当填充量为20%时,各转速下的摩擦因数均达到最大值。填充MoS_2显著降低复合材料体积磨损率,体积磨损率随MoS_2填充质量分数的增加而减小。摩擦过程中,铝合金摩擦面并没有发生擦伤,试样被铝合金硬质微凸体挤压、犁削,MoS_2/PTFE复合材料的磨损机理为磨粒磨损。     

精炼钢包刚玉基耐火材料冲蚀的有限元分析

本文根据精炼钢包耐火材料的使用工艺条件,采用Johnson-cook模型,通过与实验值的对比,利用有限元模拟方法计算了刚玉基耐火材料在高温服役条件下的冲蚀率,研究了冲蚀角、冲蚀物速度、冲蚀物粒径和材料气孔率与冲蚀率之间的关系.结合耦合固液传热的精炼钢包钢液流场,对钢包精炼过程的冲蚀情况进行了分析和探讨.结果表明:采用Johnson-cook模型模拟高温条件下耐火材料以塑性切削为主的冲蚀,模型正确、参数合理;冲蚀角在15°～30°小角度范围内,冲蚀率较大,随后随着冲蚀角的增大而下降;冲蚀率与冲蚀物速度、冲蚀物尺寸、气孔率均呈现指数变化关系;精炼钢包刚玉基耐火材料主要是承受小角度切削冲蚀,服役过程中形成高熔点致密界面层能有效改善其抗冲蚀损毁.     

碳纳米管改性PTFE复合材料摩擦磨损性能

以强酸氧化后不同含量的碳纳米管(CNTs)为填料制备了聚四氟乙烯(PTFE)/CNTs复合材料,研究其摩擦磨损情况。结果表明:CNTs填充质量分数为0,1%,3%,5%,7%时,PTFE/CNTs复合材料的摩擦系数随转速的增大而增大;20,40,60,80 r/min转速下,复合材料摩擦系数随碳纳米管填充质量分数的增加先增大后减小,当填充量为5%时,各转速下的摩擦系数均达到最大值。三维视频显微镜观察样品的表面磨痕深度并计算试样平均体积磨损率,发现填充CNTs可显著降低复合材料体积磨损率,当填充量大于5%后,复合材料体积磨损率增大。扫描电子显微镜观察发现:CNTs质量分数小于5%时,CNTs有效抑制PTFE的犁削,这种抑制作用随CNTs质量分数增大而增大,当质量分数为7%时,PTFE/CNTs复合材料犁削加剧,其原因为CNTs发生团聚,对PTFE分子链的约束作用弱化,使得分子链被拉出结晶区域。     

纤维增强塑料注射充模过程中纤维对模具的冲蚀磨损模拟

针对塑料模具在玻璃纤维冲蚀下造成的表面磨损问题,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了模具材料多颗粒冲蚀有限元模型,进行三维显式冲击动力学计算,研究纤维在不同冲蚀速度和冲蚀角度下对模具的冲蚀规律,分析冲蚀机理。结果表明,玻璃纤维对模具的冲蚀过程以微切削为主;玻璃纤维对模具的冲蚀磨损率随着冲蚀速度的增加而增加,随着冲蚀角度的增加而呈现先增加后减小的趋势。     

纤维增强塑料注射充模过程中纤维对模具的冲蚀磨损模拟

针对塑料模具在玻璃纤维冲蚀下造成的表面磨损问题,运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了模具材料多颗粒冲蚀有限元模型,进行三维显式冲击动力学计算,研究纤维在不同冲蚀速度和冲蚀角度下对模具的冲蚀规律,分析冲蚀机理。结果表明,玻璃纤维对模具的冲蚀过程以微切削为主;玻璃纤维对模具的冲蚀磨损率随着冲蚀速度的增加而增加,随着冲蚀角度的增加而呈现先增加后减小的趋势。     

高铝质耐火材料常温耐磨性能研究

选用棕刚玉为磨料,在压缩空气加速磨粒的冲蚀磨损试验机上分别对高铝质浇注料和高铝耐火砖的原始成型面和砖体内切割面进行了冲蚀磨损实验.探究了高铝质耐火材料的原始成型面和砖体内切面在不同冲蚀角度、磨料速度及冲蚀时间下的体积冲蚀磨损率,采用扫描电子显微镜(SEM)观察经不同冲蚀时间冲蚀后试样的微观形貌.实验结果表明:在不同的冲蚀角度、磨料速度及冲蚀时间的试验条件下,高铝质耐火材料内切面的耐冲蚀性均优于其原始成型面的耐冲蚀性,且在冲蚀过程中,原始成型面存在加速和稳态两个冲蚀过程.     

气固两相流作用下工程玻璃的冲蚀性能及损伤机理研究

根据内蒙古中西部地区风沙环境特征,采用气流挟沙喷射法,通过模拟风沙环境侵蚀实验系统,对比分析冲蚀力学参数对不同特性工程玻璃冲蚀率的影响规律,并结合扫描电镜(SEM)分析其损伤机理.结果表明:钢化玻璃的冲蚀率随冲蚀角度的增加而增大,在90°时达到最大值,表现出脆性材料的特征;有机玻璃的冲蚀率随冲蚀角度增加先增大后减小,在45°处达到最大值,90°时为最小值,表现出半塑性材料的特征.两种玻璃的冲蚀率随沙流量的增加,先迅速减小后趋于平缓;随速度的增加而增加.在高角度冲蚀时,钢化玻璃和有机玻璃冲蚀率和冲蚀速度回归曲线的速度指数较接近,分别为3.94和3.66,均偏离了理论预测的范围.钢化玻璃高角度冲蚀损伤严重,其表面冲蚀损伤机理是与塑性区相关的残余应力,在冲击部位产生横向裂纹,裂纹不断扩展在材料表面交叉引起材料流失;有机玻璃低角度冲蚀磨损严重,其损伤机制主要是微切削作用,损伤程度由材料的硬度控制.     

硅莫砖的脆塑性变形特征与高角气固冲蚀机制的关联EI北大核心CSCD

以硅莫砖为靶材,在25~1 200℃温度范围内进行弯曲应力–应变曲线测试和垂直气固冲蚀磨损试验,借助扫描电子显微镜观察靶材冲蚀后形貌,研究其脆塑性变形特征与高角冲蚀下的常温/高温气固冲蚀机制,并阐明两者的关联性。结果表明：硅莫砖冲蚀磨损率随冲蚀温度的增加而减小,1 200℃出现最小值0.95 mm^3/g;开始的塑性变形温度为800℃;在弹性变形阶段（25~800℃）,冲蚀磨损率与抗折强度成反比,主要冲蚀机制是冲击应力下骨料与基质的脆性断裂;在塑性变形阶段（800~1 200℃）,冲蚀磨损率与塑性应变量成反比,与弹性模量成正比,塑性变形逐渐成为主要冲蚀机制,是否伴随脆性断裂,由骨料和基质的临界断裂应力决定;本实验条件下800℃时主要冲蚀机制为微切削和基质断裂,1 200℃时仅为微切削。     

硅莫砖的脆塑性变形特征与高角气固冲蚀机制的关联

以硅莫砖为靶材,在25~1 200℃温度范围内进行弯曲应力–应变曲线测试和垂直气固冲蚀磨损试验,借助扫描电子显微镜观察靶材冲蚀后形貌,研究其脆塑性变形特征与高角冲蚀下的常温/高温气固冲蚀机制,并阐明两者的关联性。结果表明:硅莫砖冲蚀磨损率随冲蚀温度的增加而减小,1 200℃出现最小值0.95 mm~3/g;开始的塑性变形温度为800℃;在弹性变形阶段(25~800℃),冲蚀磨损率与抗折强度成反比,主要冲蚀机制是冲击应力下骨料与基质的脆性断裂;在塑性变形阶段(800~1 200℃),冲蚀磨损率与塑性应变量成反比,与弹性模量成正比,塑性变形逐渐成为主要冲蚀机制,是否伴随脆性断裂,由骨料和基质的临界断裂应力决定;本实验条件下800℃时主要冲蚀机制为微切削和基质断裂,1 200℃时仅为微切削。     

风沙环境下混凝土桥梁墩身固体颗粒冲蚀磨损及防护材料试验研究

采用气流挟沙喷射法对混凝土、改性环氧树脂及其复合材料进行冲蚀磨损实验,对比研究冲蚀参数对其冲蚀磨损的影响,并分析其冲蚀磨损机理.结果表明,C35混凝土和玻璃纤维环氧树脂复合材料冲蚀率与冲蚀平均速度近似呈线性关系,但对于混凝土,当冲蚀平均速度大于31 m/s时,曲线出现了转折,斜率变得更大;C35混凝土具有脆性材料的冲蚀行为,在90°冲蚀时冲蚀率最大,而改性环氧树脂及其复合材料具有半塑性材料的冲蚀行为,在45°冲蚀时冲蚀率最大;混凝土表面的冲蚀磨损机制为表面疲劳横向裂纹引起靶材流失,而其内部的冲蚀磨损机制为砂浆和粗骨料的选择性磨损;玻璃纤维环氧树脂复合材料的冲蚀磨损机制为环氧基体的微切削磨损、玻璃纤维和基体的剥离以及玻璃纤维的弯曲断裂.玻璃纤维环氧树脂复合材料的冲蚀率为同条件下C35混凝土冲蚀率的1/4～1/11,具有良好的抗冲蚀能力,是强风沙流地区混凝土桥梁墩身冲蚀磨损防护的理想材料.     

冲击参数对兰新铁路混凝土结构冲蚀磨损的影响

兰新铁路第二双线(新疆段)穿越五大风区,风区地段,强风携带的沙粒对兰新铁路混凝土结构产生严重的冲蚀磨损,造成混凝土结构耐久性的降低.本文针对戈壁风沙流环境特点,采用气流挟沙喷射法,对混凝土结构材料进行冲蚀磨损试验,研究冲击参数(冲蚀速度、角度和时间)对混凝土冲蚀磨损的影响.实验结果表明,混凝土靶材在各冲蚀速度下,90°冲蚀时冲蚀率最高,而30°冲蚀时冲蚀率最低,与传统的脆性材料的冲蚀规律相一致.在不同攻角下,冲蚀速度越大,冲蚀率越高;在低角度冲蚀时,速度指数与传统的脆性材料的冲蚀模型预测值相一致,而在高角度冲蚀时,速度指数偏离了理论预测范围.随着冲蚀时间的延长,混凝土材料的冲蚀率逐渐降低,且冲蚀率开始下降迅速,而后逐渐变缓.