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。     

拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为影响的研究

研究拉应力作用下冲蚀速度对35CrMo钢冲蚀磨损行为的影响。采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,模拟管汇承受105 MPa应力,在30°冲蚀角度下,用携砂液对试样进行冲刷试验,研究携砂液冲蚀速度对冲蚀磨损的影响,并使用扫描电子显微镜(SEM)对试验后试样表面形貌进行分析。试验结果表明,在拉伸应力105 MPa和冲蚀角度30°下,在携砂液总量一定的情况下,随着冲蚀速度的增加,35CrMo钢的冲蚀磨损量呈指数形式增加;冲蚀坑深度随着冲蚀速度的增加而增大;不同冲蚀速度下35CrMo钢冲蚀磨损机制相同,主要为切削磨损。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

风机叶片用涂层的抗冲蚀性能的研究

针对风机叶片用涂层的抗冲蚀性能进行了研究,从磨损原理入手,分析研究了等离子喷涂涂层和表面粘涂涂层的抗冲蚀性能。采用NIWC35涂层和陶瓷耐磨修补剂（11680）涂层,对涂层结合强度、硬度、显微结构及抗冲蚀性能进行了研究。试验结果表明,等离子喷涂涂层在低角度下的冲蚀明显低于高角度下的冲蚀;而耐磨修补剂（11680）涂层从冲蚀情况看,Al1O3与树脂的粘结状况是良好的,在冲蚀率上,高角度下耐剖蚀性能比低角度下好。     

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。     

喷嘴抗冲蚀磨损研究及梯度模型设计

分析喷嘴冲蚀磨损特点，指出喷嘴的不同部位同时受到不同角度的冲击；磨料颗粒在喷嘴内部加速运动，喷嘴沿长度方向的磨损程度不同，喷嘴人口磨损最严重，出口次之，而中间区域磨损相对较轻。阐述陶瓷喷嘴冲蚀磨损机理，说明陶瓷喷嘴两端承受以高冲击角为主的冲蚀，磨损机理以应力疲劳断裂和脆性断裂为主；喷嘴中部承受低角冲蚀，微切削冲蚀磨损为其主要磨损机理，得到喷嘴磨损属于多冲蚀磨损机理并存的结论。在此基础上，提出均质材料难以适应喷嘴冲蚀磨损特点，不易满足喷嘴高抗冲蚀磨损性能要求的观点。基于梯度功能技术思想首次提出梯度功能喷嘴设计方法，并建立梯度功能喷嘴设计模型。     

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。     

聚氨酯/TiO2纳米复合材料冲蚀磨损特性研究

以纳米TiO2作为填料,制备耐磨蚀聚氨酯纳米复合材料.用相对抗磨损性法评价了聚氨酯纳米复合材料的冲蚀磨损性,通过扫描电镜观察聚氨酯纳米复合材料的磨损形貌,尝试解释纳米TiO2增强聚氨酯复合材料抗含沙冲蚀磨损性能的机理.试验结果表明,纳米粒子均匀分散于聚氨酯中,使聚氨酯弹性体耐磨蚀性得以提高.聚氨酯/TiO2纳米复合材料的抗冲蚀磨损性能分别是45#钢的10.67倍,2Cr13钢的6倍,纯聚氨酯的1.28倍,TiN/聚氨酯复合材料的1.09倍.     

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。     

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。     

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。     

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。     

高能冲击磨损中白层组织对材料磨损性能的影响

利用模拟球磨机工矿条件的高能冲击磨损实验装置研究了高能冲击磨损中材料的几种磨损机制,高能冲击磨损过程中表层材料不仅由于剧烈的塑性变形和切削造成磨损,而且还因为产生了独特的表层和亚表层的白层组织,在冲击过程中易于诱发产生裂纹,从而加剧材料的磨损流失。     

基于CFD数值模拟的异面三通管冲蚀磨损规律研究

针对管道在输送过程中,由流体中固态颗粒产生的冲蚀磨损导致的失效问题,通过CFD-DPM模型开展关于不同流速、颗粒直径、含砂体积比和异面管夹角对异面三通冲蚀磨损性能影响的分析。结果表明：三管交汇处的弯面是管道主要发生冲蚀磨损的位置,水平两管弯头上侧管壁处是受损最为严重的部位;在流速2~10 m/s、含砂体积比1%~9%、异面管夹角90°~150°、颗粒直径0.1~0.5 mm时,管道的最大冲蚀率随着流速增大呈指数型增长,冲蚀面积明显扩张;低流速下,含砂体积比对最大冲蚀率影响较弱,高流速下,最大冲蚀率与含砂体积比呈线性正相关;异面管夹角的增大降低了管道对固体颗粒的流动约束性,其冲蚀率呈线性减小;最大冲蚀率随颗粒直径的增大整体呈现平缓上升的趋势,大颗粒产生的冲蚀破坏相比小颗粒更为集中一些。