20CrNiMo冲蚀磨损性能研究

用自制的冲蚀磨损试验装置对20CrNiMo的冲蚀磨损性能进行研究,揭示冲蚀时间和冲蚀速度对冲蚀磨损量的影响。借助于电子显微镜(SEM),考察单个粒子对试样表面的作用机制,从材料力学和摩擦学的角度,结合3种经典的冲蚀磨损理论,通过观察分析冲蚀表面的微观形貌,探讨试样表面磨损破坏的形成机制。结果表明,随着冲蚀时间和冲蚀速度的增加,冲蚀磨损量稳定增加。冲蚀粒子对冲蚀试样表面的作用,取决于撞击粒子的能量的大小。由于不同粒子的能量大小不同,它所作用的试样的表面应力处于不同的水平,当应力处于弹性状态时,主要是摩擦机制起作用;当应力在屈服极限和强度极限之间时,微切削机制起作用;当应力超过强度极限时,则发生剥落现象。     

40Cr的冲蚀磨损性能研究

在自制的转盘式冲蚀磨损试验台上以45^#钢为对比材料,对40Cr的冲蚀磨损性能进行了试验研究,结果显示40Cr的冲蚀磨损规律与45^#钢基本相似,而耐冲蚀磨损性能比45^#钢稍强。在电子显微镜（SEM）下对40Cr和45^#钢冲蚀磨损表面形貌进行观察,分析表明：40Cr和45^#钢的冲蚀磨损机制都是硬质砂粒对材料表面的微切削作用。     

30CrMo合金钢的冲蚀磨损性能研究

采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,研究在水力压裂工况下,高速携砂液对高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损作用,分析冲蚀磨损机制以及冲蚀角度和冲蚀速度对30CrMo合金钢冲蚀性能的影响。结果表明,30CrMo合金钢在高速粒子冲击下,其耐冲蚀磨损性能表现一般,属于典型的金属塑性材料;冲蚀角度为30°时,30CrMo的冲蚀磨损量最大;30CrMo的磨损机制与冲蚀角度有直接的关系,冲蚀角度小于30°时,冲蚀磨损机制以切削模型为主,大于30°时以局部塑性变形模型为主;冲蚀磨损量随冲击速度增加而显著增加,在高速冲击时,30CrMo钢的冲蚀磨损较为严重。     

冲蚀角度对40CrNi2Mo材料冲蚀磨损性能的影响

采用自主研发的冲蚀磨损试验机对40CrNi2Mo合金钢试样进行冲蚀磨损试验,讨论在不同冲蚀角度下40CrNi2Mo合金钢材料的冲蚀磨损机制,采用电镜分析材料冲蚀磨损后的形貌特征。结果表明:该合金钢的磨损量随冲蚀角度的增大先增大后减小,最后出现小幅回升,最大磨损量出现在30°左右,小角度冲蚀磨损特征表现为微切削,大角度冲蚀磨损特征表现为塑性变形,符合典型的塑性材料的冲蚀磨损规律。     

水轮机用不锈钢材料的抗冲蚀磨损性能研究

通过对不同冲蚀速度、不同冲蚀角度及不同浆料沙的质量分数等影响参数下水轮机用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ和０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢材料的冲蚀磨损试验，探索了试验材料的表面失效规律及微观破坏机制，结果表明：冲蚀速度、浆料中沙的质量分数对两种材料的冲蚀磨损性能影响规律相似，冲蚀角度对材料的冲蚀磨损性能影响最大，且０～４５°内时随着冲蚀角度的增加材料的冲蚀磨损失重率增大，４５°出现极大值，在４５°～６０°内随着角度的增加而减小。     

聚氨酯陶瓷复合材料的抗冲蚀磨损性能研究

用聚四氢呋喃醚二醇和甲苯二异氰酸酯反应后，与陶瓷粉末进行共混，制得抗冲蚀磨损的聚氨酯复合材料。用相对抗冲蚀磨损性法评价了聚氨酯陶瓷复合材料的耐磨性，通过扫描电镜观察了聚氨酯复合材料的磨损形貌，解释了微米级陶瓷粉末增强聚氨酯的抗冲蚀磨损性能机理。结果表明，Si3N4粉末质量分数在5％～10％时，复合材料抗冲蚀磨损性能是聚氨酯的1．87倍，TiN聚氨酯复合材料抗冲蚀磨损性能是聚氨酯的2．81倍。     

陶瓷粉末种类对聚氨酯复合材料冲蚀磨损性能的影响

用聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)、甲苯二异氰酸酯(TD I)反应,与不同种类的陶瓷粉末进行共混,制得耐磨蚀聚氨酯复合材料。评价了聚氨酯陶瓷复合材料的耐磨性,通过扫描电镜观察了聚氨酯陶瓷复合材料的磨损形貌,探讨了陶瓷粉末增强聚氨酯弹性体的磨损机制。结果表明:当—NCO含量为6.35%,Si3N4粉末、TiN粉末质量分数为10%时,耐磨性能最好,分别提高纯聚氨酯弹性体抗冲蚀磨损性能1.88倍和2.81倍。     

充填输送管道冲蚀磨损分析

为研究高体积分数固-液两相流对输送管道的冲蚀磨损程度,采用计算流体力学（CFD）和固液两相流理论,建立冲蚀磨损及流场模型,采用欧拉模型中的稠密离散相模型（DDPM）,利用Ansys中的流体动力学模块,对输送管道中的颗粒流场特性和颗粒对管道的冲蚀磨损进行分析。结果表明,入口速度较低时冲蚀主要集中在水平管靠近出口附近,随着入口速度的增加,冲蚀区域逐渐移到弯管附近,且管道的最大冲蚀量有降低的趋势;冲蚀率的大小既与冲蚀速度有关,也与颗粒体积分数有关,当两者符合一定关系时,冲蚀率达到最大。     

-NCO含量对聚氨酯/陶瓷复合材料冲蚀磨损性能的影响

用聚四氢呋喃醚二醇（PTMG）与甲苯二异氰酸酯（TDI）反应,再与陶瓷粉末进行共混,制得耐磨蚀聚氨酯复合材料.用相对抗冲蚀磨损性法评价了聚氨酯陶瓷复合材料的耐磨性,通过扫描电镜观察了聚氨酯复合材料的磨损形貌,尝试解释了陶瓷颗粒增强聚氨酯弹性体的抗冲蚀磨损机制.试验表明：当-NCO含量为6.35%、Si3N4粉末质量分数为10%时,耐磨性能最好,可提高纯聚氨酯弹性体抗冲蚀磨损性能近2倍.     

天然气集输管道90°弯头冲蚀磨损规律研究

针对输气管道中90°弯头冲蚀磨损失效的问题,依据现场实际工况,利用CFD仿真软件建立相应的模型,探究集输管道输送气固两相流介质时固体颗粒冲击弯头壁面的冲蚀磨损规律。采用RNG k-ε湍流模型、DPM模型和E/CRC冲蚀磨损模型研究集输压力、不同重力方向、集输流速、集输管径以及颗粒大小对弯头冲蚀磨损的影响。结果表明:集输压力越大,弯头冲蚀磨损程度减轻,且磨损区域呈现由中部向出口、由外侧向内侧凹曲面移动的现象;重力会影响弯头冲蚀磨损程度以及磨损区域,重力场和气相主流场趋势相同时会加剧磨损;当气流速度超过临界集输流速时,冲蚀磨损情况加剧且最大磨损率出现区域后移;集输管径越小、颗粒直径越大时,冲蚀磨损越严重。     

冲击形式产生的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验研究

舰船等海洋运输装备在海水中行驶时,船体表面受到含沙海水的冲蚀磨损,舰船行驶速度变化引起的空蚀磨损,以及海水的腐蚀磨损,因此舰船表面材料的破坏形式是冲击式的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损。为了研究联合磨损的影响因素,研制冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验台,并实验研究沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度以及冲蚀速度对45钢试件的联合磨损影响规律。实验结果表明:冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损程度强于冲蚀和空蚀交互磨损或单纯腐蚀磨损,在较低的沙粒浓度和较低的含盐浓度条件下,金属材料联合磨损质量损失与沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度和冲蚀速度均成正比关系。磨损面形貌分析表明:随着沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度、冲蚀速度的增加,试件表面的冲蚀沟和空蚀孔的磨痕深度和面积增大,而在人造海水中,试件表面不仅存在冲蚀沟和空蚀孔,还产生了腐蚀坑。     

冲蚀与气蚀复合磨损试验装置及其试验研究

在分析典型含沙水流的冲蚀、气蚀磨损试验设备和方法的基础上,针对我国水力机械和水工建筑的特殊损伤破坏形式提出了基于射流的水下冲蚀与气蚀复合磨损试验设备和方法。实验室泥沙冲蚀与气蚀复合磨损模拟试验结果表明,该试验装置设计合理,可以在较短时间内获得试验数据。对2种典型的耐磨不锈钢材料进行了冲蚀磨损试验研究,发现2种材料在冲蚀磨损过程中伴随有气蚀作用机制,材料损伤的实质是冲蚀与气蚀的复合磨损。     

氧化铝陶瓷多粒子冲蚀磨损的数值模拟

采用LS-DYNA有限元分析软件建立多粒子冲蚀氧化铝陶瓷的有限元模型,运用LS-DYNA求解器对冲蚀过程进行仿真,通过观察靶材等效应力的分布分析冲蚀机制。结果表明：靶材体积磨损率随着冲蚀角度的增大而增大,在冲蚀角度达到90°时,体积磨损率达到最大值,表现出典型的脆性材料的冲蚀特性;靶材的体积磨损率随着冲蚀速度的增大而增大,且具有良好的线性增长关系;靶材的体积磨损率整体上随着冲击粒子粒径的增大而增大,但在达到临界尺寸的一段时间内会随着粒径的增大而减小;靶材会吸收粒子的一部分动能转化为自己的内能,但随着粒子冲击结束而离开靶材表面,靶材表面形成微裂纹以及部分单元失效,因此靶材的能量随着单元的失效而减小。     

一种旋转式液固两相流冲蚀磨损试验装置的研制

针对目前液固两相流冲蚀磨损试验装置存在实际冲角误差大、浆体浓度不均匀等问题,研制了一种旋转式冲蚀磨损试验装置。该装置允许的冲角范围为0°~90°,冲击速度为0~28.5m/s连续可调,利用搅拌叶片和导流槽实现不同冲击速度下浆体浓度的均匀性,具有速度稳定、可同时测试8个不同冲角下的试样、操作方便等特点。对低碳钢在不同冲击速度和冲角下的试验表明,所测得试验数据误差在6.8%以内,冲蚀磨损规律与经典结论一致。因此,该装置有望作为一种准确可靠的冲蚀磨损试验研究新平台而应用于耐冲蚀磨损优化设计和寿命预测等领域。     

硬质涂层冲击、冲蚀性能的研究进展

工程领域中随处可见的碰撞、振动现象,使冲击和冲蚀已成为众多装备中关键零部件破坏和失效的主要原因之一。表面工程特别是涂层技术的发展和应用有效地改善了这一情况,通过赋予材料表面更好的性能,延长了工件的使用寿命。涂层的冲击磨损和冲蚀磨损不仅与材料有关,还受到角度、温度等服役工况的影响,是一个多因素共同作用的复杂过程。通本文以硬质涂层为对象,介绍了其发展历程,分析并总结了其耐冲击、冲蚀性能的研究现状,并展望了未来研究趋势。     

磨煤机内部冲蚀磨损的解决方案

运用冲蚀磨损的机理,对磨煤机内部冲蚀磨损进行了分析,并提出了降低冲蚀磨损的方案。分析表明,该方案可实施性强,应用价值高。     

异面三通管冲蚀磨损的数值模拟研究

在管道输送过程中,油品中夹带的微小固体颗粒会对管道壁面产生冲蚀磨损。采用DPM冲蚀预测模型,模拟在不同流速、不同颗粒直径、不同质量流量下管道的冲蚀分布规律,预测异面三通管中受冲蚀磨损比较严重的区域。结果表明:固体颗粒对异面三通管的冲蚀主要集中在三管交汇处的弯面、水平管段的上侧管壁以及两水平管的交汇处,对管道弯头底部的冲蚀较小;管道的最大冲蚀率随流体入口速度的增大呈指数增长;管道的最大冲蚀率随颗粒直径的增大开始时缓慢增大,当颗粒直径增大到一定值时管道的最大冲蚀率随之呈线性增长趋势;管道的最大冲蚀率随着颗粒的质量流量的增大且呈线性增长。     

金属橡胶内螺旋金属丝微动磨损预测模型研究*

目前金属丝微动磨损预测模型多适用于垂直接触,而锐角交叉下的模型存在计算过程繁琐、表征不全面等不足,难以便捷有效地预测金属橡胶内部复杂无序的金属丝磨损情况。基于有限元分析,确定螺旋曲率对磨损结果的影响极小,因此将金属橡胶内部螺旋金属丝接触对微元理想化为直金属丝接触对,探究无序接触下金属丝磨损特征的演化规律。结果表明,无序接触状态下的磨损特征演化规律与金属丝接触夹角大小密切相关。依据几何学分析,得到任意锐角接触下磨损磨痕位于金属丝1/2接触夹角处的特殊位置关系,据此建立任意接触形态下的微动磨损演化预测模型,并利用已有文献中的金属丝微动磨损试验结果对预测模型进行验证。结果显示,建立的任意锐角下的磨损演化模型能够较准确地预测金属丝的磨损结果,误差均在15%以内。研究结果为预测金属橡胶内部金属丝微动磨损和使用寿命提供一定理论基础。