环境压力对冲蚀、空蚀交互磨损影响研究

在转盘式磨损试验装置上进行了环境压力对冲蚀和空蚀交互磨损影响的试验,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,模拟水轮机工况,数值研究了试件表面汽液固三相流场及特性,以及环境压力对交互磨损的影响。结果表明:在4种环境压力参数下,交互磨损失重量随着环境压力的增大呈线性递减,即环境压力越大交互磨损程度越轻微;数值计算的转盘表面总压等值线、汽相体积比等值线两者的叠加区域与试验结果中试件的交互磨损表面形貌基本一致,即数值计算结果和试验结果吻合得较好。     

一种模拟舰船表面破坏的冲蚀、空蚀和腐蚀交互磨损试验研究

海洋装备表面材料破坏的主要原因是冲蚀、空蚀和腐蚀及其交互作用,而量化其表面磨损程度对海洋装备材料和结构的设计具有重要意义。冲蚀、空蚀和腐蚀交互磨损试验台是研究海洋装备表面材料破坏的有效工具。通过流场数值对比分析,在研究冲蚀和空蚀交互作用的基础上,优化设计了冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互磨损综合试验台,完成了人造海水中,不同材料的舰船工作表面受到高速流体冲击产生的冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互磨损试验。结果表明:同一种金属材料冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互作用的失重量大于冲蚀、空蚀和自然腐蚀交互作用的失重量,高强度塑性金属材料的腐蚀磨损较为严重,其三者交互作用的磨损程度大于低强度塑性金属材料。     

含沙水流绝对速度对冲蚀、空蚀交互磨损的影响

在转盘式磨损试验装置上进行了含沙水流绝对速度对冲蚀和空蚀交互磨损影响的试验,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,模拟水轮机工况,数值研究了不同含沙水流绝对速度下,试件表面气液固三相流场及特性。结果表明:在4种入射绝对速度参数下,交互磨损失重量随着绝对速度的增大而递增,即绝对速度越大交互磨损程度越严重;数值计算的转盘表面总压等值线、气相体积比等值线两者的叠加区域与试验结果中试件的交互磨损表面形貌基本一致,即数值计算结果和试验结果吻合得较好。     

低冲蚀角下40Cr冲蚀与空蚀耦合磨损特性研究

基于CFD理论,数值模拟了低冲角下(冲蚀角α40°)冲蚀和空蚀耦合磨损的流场特性,并将数值分析结果与实验结果进行对比,研究了40Cr在低冲角下耦合磨损的失效特性。研究发现:1)耦合磨损的破坏程度随着冲蚀角的增加先增大后减小降,在临界角α=30°时磨损最严重,此时耦合磨损流场的溃灭冲击压强达到了最大的1×107Pa,在这种高强度冲击的反复作用下,材料更容易发生疲劳失效;2)当α30°时,40Cr材料表面的磨痕主要为微切削犁沟,并有少量的针孔状蚀坑;3)当α30°时,材料表面的磨痕主要为瞬时高温氧化和疲劳剥落引起的夹杂着白色氧化铁颗粒的蚀坑。40Cr试件失重量随冲蚀角变化趋势与三次样条曲线吻合得很好。     

40Cr冲蚀与空蚀交互磨损试验研究

对40Cr进行模拟化工泵叶轮流道内工况条件下的冲蚀与空蚀交互磨损试验,分析40Cr材料的抗交互磨损性能和冲蚀与空蚀交互磨损试件表面磨痕。结果表明:40Cr的冲蚀与空蚀交互磨损失重曲线分为孕育期、上升期、衰减期和稳定期。在孕育期中,材料失重量很小;在上升期中,材料的冲蚀与空蚀交互磨损失重量增加。40Cr材料的交互磨损特性是以微切削、犁削和脆性剥落为主,同时存在针眼和剥落坑。40Cr试样表面的冲蚀沟槽和空蚀坑主要沿水流线速度矢量的方向,但也存在一些与线速度成一定夹角的摩擦痕迹或沟槽,说明影响冲蚀与空蚀交互磨损的因素不仅是水流速度,还与沙粒运动轨迹、水流方向及冲蚀角度等有关。     

压强影响下40Cr的冲蚀与空蚀交互磨损特性

数值分析压强对三相流场中40Cr试件冲蚀与空蚀交互磨损的影响;试验研究不同压强下交互磨损过程中40Cr试件的失重量、空泡的密度及分布的变化规律,分析压强对40Cr试件的作用机制。结果表明:特定工况下,40Cr试件交互磨损失重量随压强的增大呈高斯曲线变化;在0.075 MPa时其失重量达到峰值1.86 g;流体压强越小水中空泡含量越高,空泡越多其溃灭破坏强度越大;但是水中空泡增加时会增大水的可压缩性,从而对空泡溃灭冲击起到缓冲作用,反而使交互磨损破坏作用减弱。数值分析结果和实验结果吻合较好。     

冲蚀与空蚀交互磨损三相流场仿真与试验研究

基于计算流体力学方法,数值研究在模拟水轮机工况下,冲蚀与空蚀交互作用时,试件表面上汽液固三相流场的动力学特性(压力场、速度场、汽相体积比分布),然后在转盘式磨损装置上,进行汽液固三相冲蚀与空蚀交互磨损试验,并对试件微观形貌进行分析。结果表明:数值分析得到试件表面最小和最大压力值、气泡速度最大值和汽相比例最大值均出现在空化孔附近,其他位置基本不变,说明空化孔附近交互磨损比单一空蚀磨损严重。就某一空化孔而言,顺着转盘旋转方向的孔边某一夹角展开区域汽相比例较大,并且出现最小和最大压力;从试件微观磨痕分析,其上存在短程犁沟和空蚀孔,磨痕呈现规律性。仿真的气泡轨迹和试件磨痕基本一致,数值计算结果和试验结果吻合得较好,从而证明了数值分析的正确性和合理性。上述数值仿真为揭示流体机械过流部件冲蚀与空蚀交互作用磨损机理奠定了基础。     

复合尼龙涂层的腐蚀—冲蚀磨损特性

本文对尼龙涂层及尼龙+5％Al_2O_3陶瓷颗粒和尼龙+5％SiC晶须复合涂层进行了腐蚀—浆体冲蚀磨损试验研究。研究了砂浆的pH值,冲击速度等参数对涂层的腐蚀冲蚀磨损的影响,对涂层表面的组织结构和形貌进行了观察分析,探讨了复合尼龙涂层的腐蚀冲蚀磨损机理,建立了V_e-pH-U腐蚀—冲蚀磨损三维图。     

离心泵叶轮材料HT200的空蚀磨损机理研究

在圆盘式磨蚀试验台上，对HT200和45^#碳钢进行了模拟实际工况条件下的空蚀磨蚀实验，用失重法评价了两种金属材料的抗空蚀磨损性能，并用扫描电镜观察了空蚀试件表面形貌，试验结果表明：45^#碳钢的抗空蚀性能远要比HT200灰铁好；空蚀的本质是由微射流对试件表面的冲击而产生的低周疲劳过程；从摩擦学设计的角度考虑，45^#碳钢和灰铸铁HT200都不适合选为叶轮材料。     

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。     

WC/NiCrSiB复合覆层抗冲蚀气蚀性研究

用氧乙炔焰喷焊法制备了NiCrSiB及其加入WC陶瓷颗粒的复合覆层材料，用光学显微镜分析了覆层的显微组织，并对覆层材料的浆体冲蚀和气蚀抗力进行了研究，用扫描电子显微镜对覆层表面气蚀破坏形貌进行了观察。结果表明：WC／NiCrSiB复合覆层材料不仅抗浆体冲蚀能力比基体材料有了很大的提高，而且耐气蚀性也有一定的提高。最后对覆层材料的浆体冲蚀和气蚀机理进行了分析。     

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。     

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。     

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。     

冲蚀速度对40Cr材料抗冲蚀性能影响的研究

对40Cr及对比材料45#钢进行冲蚀磨损模拟现场试验,研究了冲蚀速度对冲蚀磨损的影响规律,结合微流边界层理论,分析了冲蚀速度对冲蚀磨损量的影响,推导了冲蚀速度与磨损量的数学关系式。结果表明:冲蚀速度U与磨损量W呈指数关系,随着U地增大,W也相应地增加,40Cr材料对应的指数n是2.3。     

钢的气蚀规律的研究

在旋转圆盘仪上对五种钢的气蚀破坏规律进行了研究。结果表明：钢的气蚀累积失重量与工作时间符合指数关系，且不同性能的钢有不同的气蚀孕育期。     

疏浚管道金属材料冲蚀磨损性能*

疏浚工程中,输送管道内壁面受到泥砂浆的持续冲刷,导致管道冲蚀磨损严重。为选择输合理的输送管道材质,以提高疏浚管道的抗冲蚀性能,降低其维修和更换频率,采用冲蚀试验与理论分析的方法,以常见管材Q235为参照对象,对比5种可用于制作耐磨排泥管道的耐磨金属材料的冲蚀性能,包括Cr15铸铁、Cr26铸铁、Fedur®40合金、中锰钢、信铬钢。根据材料表面扫描电镜(SEM)图像,分析不同冲蚀角度下材料磨损类型。结果表明：冲蚀磨损过程中,各耐磨金属材料同时承受多种磨损作用,合金材料中起支撑作用的软质组分容易因切削、塑性疲劳断裂等因素而被剥离,而较硬的碳化物等组分则在松动后容易被颗粒撞击脱落;除Q235外,其余材料的磨损率均随着冲蚀角度的增加而增大;信铬钢、Fedur®40合金在中、小冲蚀角度下的耐磨性能表现优秀,若价格与加工性能合适,建议选作疏浚管道金属材料。     

浆液冲击角度对Cr30A高铬铸铁冲蚀行为的影响

在模拟湿法脱硫浆液流动环境中,研究了NaCl溶液+石英砂酸性浆液冲击角度(与试样冲击表面夹角)对Cr30A高铬铸铁冲蚀行为的影响.结果表明:在浆液以60°和30°角度冲击铸铁后,在腐蚀与磨损的交互作用下铸铁的质量损失较大;浆液垂直冲击铸铁后,铸铁的质量损失较小,质量损失的主要原因是冲击磨损;浆液平行冲击铸铁后,铸铁的质...