高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的冲蚀机理测试研究

目的 随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加,钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题,为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。方法 依据标准ASTM-G76,采用气-固喷嘴冲蚀试验法,使用空气射流冲蚀试验机,开展了节流管汇材料30CrMo钢的冲蚀试验,并利用三维显微镜、扫描电镜（SEM）等设备,对试验结果进行了失重分析、三维轮廓分析和微观形貌分析。结果 冲蚀速率随冲击角（15°～90°）增加而减小,随颗粒冲击速度（107～149 m/s）增加而增大;冲蚀面积随冲击角增加而减小,几乎不随颗粒冲击速度变化;冲蚀深度随冲击角增加而先增大后减小（在60°冲击角附近最大）,随颗粒冲击速度增加而增大;30CrMo钢的冲蚀机制受冲击角影响,不受颗粒冲击速度影响;在低冲击角（15°、30°）下以犁削机制为主,在中等冲击角（45°）下以犁削、压实与开裂的混合机制为主,在高冲击角（60°、90°）下则以压实与开裂机制为主。结论 高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的材料移除过程为典型的塑性材料冲蚀行为;冲击角通过冲蚀机制影响冲蚀速率,颗粒冲击速度通过颗粒冲击...     

不同实验参数下α-Al2O3陶瓷冲蚀磨损性能研究

以冲蚀磨损工况典型应用材料Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,研究了不同磨粒硬度、不同磨粒粒径、不同冲邋蚀角度(0°、30°、45°、60°和90°)对α-Al2O3结构陶瓷抗冲蚀磨损性能的影响,分析了试验材料冲蚀磨损微观失效机制.结果表明:Crl5Mo3高铬铸铁冲蚀磨损体积均大于α-Al2O3陶瓷材料;随着Crl5Mo3高铬铸铁冲蚀磨损体积增加幅度最大;处于45°和60°,90°冲蚀角度时试验材料的冲蚀磨损体积损失最大;α-Al2O3陶瓷受冲蚀时切削磨损小,随着冲蚀角度增加,材料的耗能方式主要径向裂纹和横向裂纹的断裂表面能.     

冲蚀角对Al2O3颗粒增强铝锰合金复合材料冲蚀磨损性能的影响

采用旋转冲蚀磨损试验对比研究了冲蚀角度(45°和90°)对共晶成分铝锰合金和AlO3,颗粒增强铝锰基复合材料抗冲蚀磨损性能的影响规律,分析了材料的组织特征及冲蚀磨损后磨痕形貌.结果表明:铝锰合金的铸态组织为锰在铝中的同溶体以及MnAl6和Al11Mn4相;而复合材料的铸态组织为在与铝锰合金相近的基础上分布着的δ-Al2O3颗粒.随冲蚀时间的延长,当冲蚀角为90°时,冲蚀磨损失重率缓慢递增,磨痕形貌主要是由正向应力造成的变形磨损,产生冲蚀坑;而在45°冲蚀角情况下,失重率先增后降,存在着极大值,磨痕形貌主要是由切向应力造成的切削磨损,形成犁沟.     

碳钢不锈钢材料抗冲蚀磨损性能研究

通过对泵用过流部件材料55#碳钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢在不同冲蚀速度、不同浆料含砂量及不同冲蚀角度条件下的冲蚀磨损腐蚀试验,探索了材料的冲蚀失效规律及微观破坏机制.结果表明,材料的冲蚀磨损失重率随冲蚀速度、浆料含砂量的增加而增加,且1Cr18Ni9Ti的抗冲蚀性能优于55#钢;冲蚀角度对材料的冲蚀性能影响最为显著,在0°～45°时冲蚀失重率随着冲蚀角度的增大而增大,45°时出现极大值,450～600时材料冲蚀失重率随着冲蚀角度的增加而减小;腐蚀对材料冲蚀性能的影响不容忽视.     

文丘里管冲刷腐蚀数值模拟

目的 预防液固两相流冲刷腐蚀对管道内表面性能的影响,特别是在发生冲刷腐蚀可能性较大的变径管处。方法 基于计算流体力学和流固耦合原理,通过CFD中流固耦合技术,利用标准k-?涡流进行数值分析与离散相模型（DPM）进行流场分析。探究冲蚀角度、流体速度、固体颗粒粒径、颗粒质量流量对文丘里管冲刷腐蚀行为的影响规律,预测变径管处发生冲刷腐蚀行为的位置及严重程度。结果 文丘里管收缩角度从10°增加至70°时,最大冲蚀率先增加到3.82?10?5 kg/(m2?s),而在45°降到最小,后再次增加至6.23?10?5 kg/(m2?s);入口流速从8 m/s增加至20 m/s时,最大冲蚀率从9.44?10?7 kg/(m2?s)增加到5.09? 10?6 kg/(m2?s);冲刷固体颗粒粒径从6.25 μm 增加至300 μm时,最大冲蚀率从8.32?10?7 kg/(m2?s)减小7.64? 10?8 kg/(m2?s);质量流量从0.002 kg/s增加到0.008 kg/s时,最大冲蚀率从8.41?10?8 kg/(m2?s)增加到4.21? 10?7 kg/(m2?s)。结论 冲刷腐蚀行为随着冲蚀角度增大,先增强后减弱,再增强;随流速增大而显著增强;随着粒径增大而逐渐减弱;随着质量流量的增大而增强。在文丘里管的收缩段（节流区）最易发生冲刷腐蚀行为,且管道下半部冲刷腐蚀行为更严重。应采用收缩角为45°的文丘里管、控制流体速度、减少小粒径颗粒及降低质量流量,来抑制冲刷腐蚀行为。     

钢结构镀锌涂层冲蚀磨损表面形貌及粗糙度

我国西北地区风沙特殊环境对该地区钢结构的耐久性和安全性影响严重。利用风沙环境侵蚀实验系统、扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)研究钢结构镀锌涂层受风沙冲蚀磨损损伤行为和损伤形貌,并分析其表面粗糙度。结果表明:涂层材料的冲蚀损伤行为更加依赖于冲蚀角度,在不同冲蚀角度下风沙流对涂层材料的冲蚀磨损过程同时存在类似表面划伤和挤压变形剥落;涂层材料的冲蚀坑深度随着冲蚀速度的增大而增加,在90°时冲蚀坑深度大于45°时的冲蚀坑深度;在相同的冲蚀速度下,45°时表面平均粗糙度Sa和均方差Sq较90°时大,在相同的冲蚀角度下,Sa和Sq均随速度的增大而增大。在冲蚀中后期,粒子对凹凸不平的表面冲蚀磨损破坏严重,试件表面峰谷的形成和破坏导致冲蚀率增加。     

Q235钢基表面超音速电弧喷涂WC-Co涂层冲蚀磨损性能研究

采用超音速电弧喷涂工艺(HVAS)在A3钢基体上制备了WC-Co涂层,对所制备的涂层在不同冲蚀角度下的冲蚀磨损性能进行了研究。结果表明:冲蚀磨损时,喷涂电流为100 A和200 A的涂层质量损失都随冲蚀角的增大而增加,冲蚀角为30°时磨损量最小,冲蚀角为90°时磨损量最大,说明冲蚀过程中冲蚀粒子的锤击作用对材料的质量损失影响更大。喷涂电流为100 A时的冲蚀磨损量要高于喷涂电流为200 A的冲蚀磨损量,喷涂电流增大,弧区温度升高,容易形成细小熔滴,在压缩空气作用下粒子飞行速度增大,动能提高,促使涂层表层硬度提高,从而提高了涂层的耐磨性。     

喷浆角度对金属表面冲蚀的影响

利用自主研发的喷浆试验平台，对Q235板进行了30°、45°、60°和90°这4个喷浆角度下的石榴石磨料射流冲蚀试验，结合Tulsa模型研究了磨料浆流对金属表面的冲蚀情况，并用Fluent有限元软件模拟了喷浆过程。结果表明，随着喷浆角度的增大，冲蚀长度逐步递减，最长冲蚀长度约为最短冲蚀长度的2倍。不同喷浆角下材料受到的冲蚀程度明显不同，冲蚀率呈现先增后减的趋势，在45°和90°时冲蚀率峰值分别为0.0462和0.0280 kg·m^-2·s^-1;冲蚀集中率与其在冲蚀区域内所对应位置基本呈线性关系。     

316不锈钢的冲蚀磨损性能研究

采用固体颗粒加气冲蚀实验装置对316不锈钢进行冲蚀实验,对18°、30°、45°、75°、90°不同冲击角度下不锈钢的质量损失和表面形貌进行分析。结果表明,冲击角度为30°时,316不锈钢的质量损失最大;冲击角度为90°时,316不锈钢质量损失最小。75°、90°下不锈钢表面出现冲击坑,18°、30°、45°下不锈钢表面出现较多犁沟,说明不同角度下有不同的磨损机理。在较大冲击角下,固体颗粒对不锈钢材料的破坏机理主要以凿压为主;较小冲击角下石英砂颗粒对不锈钢材料的破坏机理主要以犁削为主。     

高速电弧喷涂FeCrAl涂层和3Cr13涂层的冲刷腐蚀性能

采用液/固两相流冲刷腐蚀磨损实验机.研究了高速电弧喷涂FeCrAl涂层和3Cr13涂层在酸性浆料中不同试验条件下的冲蚀行为,并用扫描电镜分析了涂层冲蚀磨损后的表面形貌.结果表明:同一冲刷角度下,冲刷速度的提高加剧了涂层的损伤,FeCrAl涂层的冲蚀失重率远小于3cr13涂层,耐蚀性好的FeCrAl涂层以磨损为主,而耐蚀性差的3Cr-13涂层以腐蚀为主;同一冲刷速度下,两涂层均在冲蚀角为30°时失重率最高.低冲刷角度时,冲刷磨损机理以切削为主;高冲刷角度时,既有切削作用也有冲击作用.     

高压隔膜泵单向阀阀隙流场的冲蚀磨损特性分析

目的 探究高压隔膜泵单向阀阀隙流场冲蚀磨损产生的原因及主要影响因素。方法 基于固液两相流基本理论和冲蚀模型,考虑颗粒保护效应及磨蚀效应,采用计算流体力学(CFD)方法模拟单向阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究矿粉颗粒体积分数、颗粒粒径、单向阀半锥角、胶垫突出高度等参数对单向阀冲蚀磨损特性的影响。结果 矿粉颗粒紧贴阀芯壁面的剪切运动是造成阀芯发生冲蚀磨损失效的主要原因。当矿粉的体积分数由0.1增大到0.5时,由冲蚀造成的最大冲蚀磨损速率随之减小,由磨蚀造成的平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径为0.025~0.048 mm时,随着矿粉粒径的增大,平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径超过0.048 mm时,平均冲蚀磨损速率逐渐减小。当单向阀半锥角由30°增大到45°时,阀隙流场的最大流速由12.23 m/s减小至9.19 m/s,矿粉颗粒对阀芯壁面的最大冲蚀磨损速率减小了41.16%。阀隙流场的最大流速和冲蚀磨损速率随着胶垫突出高度h的增大而增大,同时位置也发生了相应变化。结论 矿粉颗粒体积分数的增加会加重粒子对阀芯壁面的损伤程度,随着粒径的增加,泵阀的最大冲蚀磨损速率先增大后减小,增大半锥角可以缓解颗粒对壁面的冲蚀磨损,增大胶垫突出高度会导致冲蚀磨损区域逐渐向胶垫突出位置集中。     

冲蚀角对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)蒙皮涂层去除及重涂附着力的影响

为解决飞机CFRP蒙皮涂层高效去除问题,改善重涂涂层附着力,采用塑性磨料射流加工方法对CFRP蒙皮损伤涂层去除,通过分析单颗磨料的速度和冲击力,研究不同冲蚀角度下磨料对涂层的冲蚀行为,探究塑性磨料射流冲蚀角对表面形貌、去除机制、材料去除率、接触角与表面自由能及重涂涂层的附着力方面的影响。结果表明：塑性磨料对涂层的冲蚀机理为塑性变形去除,在30°～70°冲蚀角下,磨料对涂层的冲蚀模式为滑擦、耕犁和切削。随着冲蚀角的增加,颗粒的切向分力减小,法向分力增加,法向冲蚀的冲蚀模式为剪切和挤压变形去除材料去除率递减。在所选冲蚀角范围内,当冲蚀角为30°时,聚氨酯涂层的材料去除率最大。随着冲蚀角的改变,表面粗糙度、润湿性和表面自由能发生变化,当冲蚀角为70°时,重涂后的涂层附着力较好,较初始涂层附着力提高28%左右。研究成果可为飞机CFRP蒙皮涂层的高效去除及附着力的改善提供参考。     

回转挡板式带式输送机

普通带式输送机的提升角α≤18°,如果提升角α>18°,被输送的物料就会向下溜滑。回转挡板式带式输送机是国内外首创新产品。它的提升角可达45°、60°、甚至90°。目前,样机已一次调试成功。回转挡板式带式输送机由普通带式输送机和回转挡板机组成(见图1)。回转挡板机由头部驱动装置和串联起来的     

风力发电机叶片复合材料的冲刷磨损

采用真空袋压成型工艺制备了叶片复合材料,并利用冲刷磨损试验机对复合材料在气固两相流下的冲刷磨损行为进行了研究。结果表明,冲刷角从15°逐渐增大,材料磨损质量损失增大,当冲刷角达到90°时,材料质量损失量达到极大值,为1.2283 g/kg,且整个过程材料质量损失与角度呈类似线性关系;材料的冲刷磨损质量损失随风速增大而急剧增大,当风速达到17.4 m/s时,材料质量损失可达2.7899 g/kg;随着磨粒粒径变化,材料的磨损质量损失呈曲线变化,在粒径范围为0.42~0.212 mm时,质量损失达到极大值(0.8507 g/kg)。     

不同实验参数下α-Al2O3陶瓷冲蚀磨损性能研究

以冲蚀磨损工况典型应用材料Cr15M03高铬铸铁为对比材料，研究了不同磨粒硬度、不同磨粒粒径、不同冲蚀角度（0°、30°、45°、60°和90°）对α-Al2O3结构陶瓷抗冲蚀磨损性能的影响，分析了试验材料冲蚀磨损微观失效机制。结果表明：Cr15M03高铬铸铁冲蚀磨损体积均大于α-Al2O3陶瓷材料：随着Cr15Mo3高铬铸铁冲蚀磨损体积增加幅度最大：处于45°和60°，90°冲蚀角度时试验材料的冲蚀磨损体积损失最大：α-Al2O3陶瓷受冲蚀时切削磨损小，随着冲蚀角度增加，材料的耗能方式主要径向裂纹和横向裂纹的断裂表面能。     

90°竖直弯管的液固两相流冲刷腐蚀模拟

以液固两相流条件下的90°竖直弯管为研究对象,建立冲蚀模型,利用ANSYS-Fluent软件对A、B、C、D四种流向的弯管进行冲刷腐蚀数值模拟。同时建立室内冲蚀试验平台,分析了颗粒入口流速、粒径和质量流量三个参数对四种流向条件下弯管的冲蚀破坏规律并与模拟结果进行对比。结果表明:试验结果与模拟结果基本吻合,入口流速和粒径对弯管的冲蚀影响最大;且随着颗粒入口流速的增大,流场中开始出现二次流。当颗粒入口流速较小时,A型流向条件下弯管的冲蚀破坏最严重;而当颗粒入口流速较大时,由于二次流加剧冲刷,B型流向条件下弯管的冲蚀破坏最严重,A型、C型流向条件下的次之,D型流向条件下的弯管冲蚀破坏最小。     

冲击角度对SiC/钢基表面复合材料冲蚀磨损性能的影响

采用负压铸渗工艺制备SiC／钢基表面复合材料，研究不同冲击角度对其冲蚀磨损性能的影响及其冲蚀磨损机理。结果表明，复合材料的冲蚀磨损率随冲击角α的增大先增大后减小，60°时最大；SiC／钢基表面复合材料的相对耐冲蚀性在45°时最大，为Q235钢的3．82倍。随着冲击角度的变化，切削作用和冲击作用对基体的支撑效应和颗粒对基体的阴影效应产生很大的影响，从而影响复合材料的冲蚀磨损性能。     

φ6.71m湿式球磨机衬板用75Cr2MoSiMnNi钢的热处理及耐冲蚀磨损性能

对应用在Ф6. 71 m×9. 12 m湿式球磨机上的Cr-Mo系衬板材料75Cr2MoSiMnNi钢板进行了热处理工艺及冲蚀磨损性能研究。结果表明:经不同温度加热及喷雾冷却后,随着加热温度的升高,材料的硬度增加,冲击性能下降;经880℃×2 h加热及喷雾冷却,并580℃高温回火后,75Cr2MoSiMnNi钢具有最佳的强韧性配合。对热处理后的75Cr2MoSiMnNi钢板进行冲蚀磨损试验研究,结果表明:随着冲蚀角度的增加,75Cr2MoSiMnNi钢的磨损量呈现先增加后减少的趋势,在冲蚀角为60°时,磨损量最大,因此在工程应用中应避免该冲蚀角的出现;在固定冲蚀角的情况下,随着冲刷速度的增加,固-液双相流对材料的作用力急剧增大,腐蚀产物膜脱落,液相在脱落坑的周围形成湍流,促进了腐蚀产物的产生和脱落,因此在保证工程应用正常进行的情况下,应尽量减小冲刷速度。     

浆体含砂量和砂粒径对环氧粉末涂层冲蚀规律的影响

利用旋转圆盘式冲刷腐蚀实验机，研究了环氧粉末涂层的冲蚀率与流速之间的变化规律以及 含砂量、砂粒径对速度指数的影响.结果表明：在不同的含砂量和砂粒径条件下，冲蚀率与 流速间均服从幂函数规律，即E=KVn.随含砂量增大，速度指数减小，最后趋于一稳 定值；随粒径的增大，速度指数先减小而后增大，存在一极小值.涂层的冲蚀是塑性变形和 微切削共同作用，但以塑性变形为主.     

SiC-Sialon复相耐火材料高温固体粒子冲蚀磨损行为

采用自行设计的气流喷砂式热态固体粒子冲蚀磨损试验机,在空气气氛下使用36#Si C为冲蚀粒子,对Si C-Sialon复相耐火材料进行了冲蚀磨损。研究了冲蚀温度和冲蚀角度对Si C-Sialon复相耐火材料冲蚀磨损行为的影响。结果表明:随着冲蚀温度的升高,Si C-Sialon复相耐火材料的体积冲蚀率先增高后降低;随着冲蚀角的增大,Si C-Sialon复相耐火材料的体积冲蚀率逐渐增大。在冲蚀温度为1400℃和冲蚀角为30o时,体积冲蚀率最小,为0.587 mm3/g。在1000℃以下材料的冲蚀磨损机制主要以脆性冲蚀为主;超过1000℃时,材料表面发生氧化,生成的致密的氧化物保护层对材料抗高温冲蚀磨损起到重要增强作用。