考虑空化影响的水润滑橡胶合金轴承冲蚀磨损研究

用计算流体力学方法,数值模拟水润滑轴承空化-冲蚀交互作用时气液固三相流场的动力学特性(压力场、速度场、气含率分布),然后在水润滑轴承摩擦磨损装置上,进行试件磨损试验,并观察试件表面形貌.结果表明:考虑空化影响后,水润滑轴承整个流场压力分布更接近实际;数值模拟所得的流场压力、速度、气含率最大值,均出现在发生空化的位置附近,其余位置基本不变,说明交互磨损比单一磨损严重.观察试件表面磨痕,存在短程犁沟、空蚀针孔、麻点状气蚀坑和蚀坑,磨痕呈现规律性,磨痕与轴转速的方向基本一致.试验结果和数值计算吻合较好,证明了理论分析的正确与合理.上述仿真与试验初步探讨了水润滑轴承空化与冲蚀交互作用的磨损机理与影响因素.     

DH32船用钢板在模拟极地破冰环境中的冰载荷冲蚀磨损性能研究

使用自行设计并加工的低温海冰冲蚀磨损试验机研究了船用低温钢板DH32在模拟极地破冰环境下不同船速条件下的耐海冰冲蚀磨损性能. 利用失重法研究了不同转速下的冲蚀磨损失重率,通过扫描电子显微镜和白光干涉显微镜对材料冲蚀磨损后的微观组织形貌和表面3D形貌轮廓进行观察,并讨论了不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损-腐蚀机理. 结果表明:随着模拟船速的不断增加,DH32钢的冲蚀磨损失重率也随之增大. 当转速为3.3 m/s(模拟船速6节)、冰水比为1∶2时,DH32钢样的冲蚀磨损失重率升高幅度最大,达到12%,其在海冰条件下冲蚀磨损以冲蚀磨损坑、犁削、犁沟以及滑坑等失效机理为主. 另外,文中还讨论了常温下砂粒冲蚀磨损和不同冰水比的冰载荷冲蚀磨损的对照性,为后续制定与海冰载荷相关的材料冲蚀磨损标准提供数据支持. 试验证实,以5.5 m/s在43%(质量分数)石英砂+海水溶液中进行冲蚀磨损试验可以近似模拟2∶1冰水比条件下海冰冲蚀磨损对材料破坏作用.      

锡黄铜在3.5%NaCl中的液固两相流冲蚀机理研究

利用旋转式冲蚀磨损试验机,对锡黄铜在3.5%NaCl溶液中进行液固两相流冲蚀磨损试验,利用扫描电镜详细分析了不同条件下锡黄铜表面的微观形貌、失效规律及微观破坏机理.结果表明:锡黄铜在失重的不同阶段对应不同的磨损机制,在不同外界条件下其破坏机制也不尽相同.锡黄铜在阴极保护即无腐蚀影响下,试样发生严重冲蚀前存在门槛速度,冲蚀形貌主要以犁削和铲削为主同时兼有切片.当冲蚀速率增加,冲蚀切削形貌减少,而冲蚀时间的增加将导致冲蚀率首先增加后减小并趋于平衡;在无阴极保护作用下,试样表面出现腐蚀凹坑,冲蚀率大幅度增加,随着冲蚀速率的增加失重率增加,但随冲蚀时间增加,冲蚀率减小.     

热处理对NiTi形状记忆合金冲蚀磨损性能的影响

采用自制浆罐式砂水冲蚀磨损试验装置研究了4种经不同条件热处理的NiTi合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢的冲蚀磨损性能;采用XL-30型扫描电子显微镜观察试样的冲蚀磨损表面形貌;采用MH-6型显微硬度计测量NiTi合金硬度;采用自制拉伸装置测量NiTi合金的力学性能.结果表明:5种试样的冲蚀磨损量随着冲蚀时间、冲蚀速度、砂水比及砂粒度的增加而增大,4种NiTi合金的耐冲蚀性能相近,均明显优于1Cr18Ni9Ti不锈钢,其中试样NiTi-3和NiTi-1表现出较好的耐冲蚀性能;硬度并非NiTi合金冲蚀磨损性能的决定因素,超弹性和超塑性是NiTi合金具有较好耐冲蚀性的主要原因,热处理使得NiTi合金的超弹性变形量减小,但增加了NiTi合金的塑性变形量;合金丝磨损表面不同部位的磨损机理不同,中部为典型的变形磨损,侧面为微切削磨损,5种试样均表现为典型的韧性材料冲蚀磨损特征.     

冲蚀磨损与冲蚀、空蚀交互磨损的对比研究

基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,数值对比研究了在模拟水轮机工况中不同转速时,冲蚀与冲蚀、空蚀交互作用时,转盘表面的流场(压力场、流体浓度分布),然后在转盘式磨损装置上,进行了汽液固三相冲蚀与空蚀交互磨损试验.结果表明:对于冲蚀磨损来说,随着转速增加,压力增大,在冲蚀作用下加入空蚀磨损,压力增高,磨损加剧;而对于交互磨损来说,随着转速增加,转盘表面的空蚀磨损区域从空化孔附近开始沿着转盘旋转的反方向偏移,并且磨损程度加剧;数值计算的气泡较多且压力梯度较高区域和试验转盘磨损区域基本一致,数值计算结果和试验结果吻合得较好.     

风沙环境下钢结构表面涂层冲蚀行为与侵蚀机理研究

风沙环境的侵蚀和劣化作用严重影响着基础设施的安全耐久性.本文根据风沙环境特点,利用气流挟沙喷射法对钢结构涂层进行冲蚀试验,研究了涂层在风沙环境下的冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.结果表明:涂层磨损量随沙剂量和冲蚀速度的增加而增加;侵蚀机理为在低角度冲蚀下,涂层主要受微切削作用,而在高角度冲蚀下,主要受冲蚀挤压变形作用,由于涂层强度低而韧性较好,其在低角度冲蚀下的磨损更为严重.     

液固两相流冲洗油管道的冲蚀磨损特性数值模拟及分析

以液固两相流冲洗油管道为研究对象,采用Realizableκ-ε湍流模型、随机轨道模型,结合液固两相流冲蚀磨损试验,建立修正的冲蚀磨损数理模型,数值预测典型工况下冲洗油管道内速度、压力、冲蚀磨损率等流动参数分布情况,分析了冲蚀磨损的形成机制.研究结果表明:受曲率半径影响,冲洗油管道冲蚀磨损速率随曲率半径的增加而减小;由于颗粒惯性及管内二次流影响,弯头中间区域外侧壁面和出口直管段内侧面磨损较为严重,三通管件的最大冲蚀磨损率位于孔口处,数值预测结果与失效解剖案例吻合.本文建立的冲蚀磨损定量预测方法,适用于压力管道的风险评定及寿命预测.     

钢结构表面涂层受风沙冲蚀机理和评价方法

内蒙古中西部地区钢结构表面涂层受风沙冲蚀磨损严重.在模拟钢结构涂层受风沙冲蚀磨损试验的基础上,应用扫描电子显微镜(SEM)观测涂层在不同冲蚀条件下的冲蚀磨损部位微观形貌,分析涂层材料受风沙冲蚀磨损的损伤机理,提出了评价涂层冲蚀磨损程度的计算方法.结果表明:低角度冲蚀时微切削作用占主导,硬度起决定作用,高角度冲蚀时挤压变形占主导,柔韧性起决定作用,由于涂层硬度较低,柔韧性好,所以高角度时涂层的耐冲蚀性能较好;最大冲蚀磨损失重量出现在45°左右,是由于该材料具有介于塑性和脆性材料之间的冲蚀磨损特性;速度越大,粒子的动能越大,冲蚀磨损失重量越大;在低浓度时,冲蚀磨损失重量随着浓度的增加而增加,而在高浓度时则出现下降的趋势;评价公式的计算结果与实验结果吻合.研究结果为钢结构涂层的耐久性研究提供了理论依据.     

低温环境下轮轨材料滚动磨损模拟试验研究

针对高寒地区温度环境特点,设计了低温环境轮轨磨损模拟试验装置,实现了低温环境下轮轨滚动磨损模拟试验,对比研究了室温(23~25℃)及–60℃试验温度下轮轨试样的滚动摩擦系数、磨损量、硬度及表面损伤等变化情况.结果表明:与室温环境条件相比,低温环境条件下轮轨材料的摩擦系数、磨损量均明显增大;低温环境下试验后轮/轨硬度比较室温环境下增大,车轮硬化情况严重;随温度的降低,轮轨试样的表面磨痕呈现出不同的损伤机制;所设计低温环境轮轨磨损模拟试验机可用来评价不同低温环境下车轮与钢轨材料摩擦磨损行为.     

低碳贝氏体微观组织形态对冲蚀磨损性能的影响

通过热处理改变低碳贝氏体钢中的奥氏体及其转变物(下称M/A)分布形态,调整钢响应载荷时的微观应力集中位置,并用弹塑性力学理论揭示了贝氏体钢较高的抗冲蚀磨损性能的力学机理.对比研究了相同化学成分贝氏体、珠光体和马氏体的冲蚀磨损性能,发现珠光体和马氏体因强度、韧塑性无法达到最佳匹配,其抗冲蚀磨损性能均不如贝氏体.在贝氏体钢中,粒状M/A贝氏体的应力集中位置使得冲蚀裂纹显著地向试样心部扩展,降低了抗冲蚀磨损能力.薄膜状M/A贝氏体的应力集中位置不利于表面裂纹向试样心部生长,实现了较高的抗冲蚀磨损性能.     

聚脲涂层的冲蚀磨损机理研究

采用高速含沙水射流冲蚀磨损试验机测试了聚脲涂层的冲蚀磨损性能,试验结果表明所制备聚脲涂层具有优异的耐冲蚀性能.根据Bitter的塑性材料冲蚀模型,应用Matlab程序进行拟合计算,探讨聚脲涂层在不同冲蚀角度和速度下的冲蚀规律,研究表明聚脲涂层在冲蚀角度30°时切削磨损量最大,而接近90°时变形磨损量最大.     

水工混凝土小角度冲蚀磨损特性的研究

选用55kW的3GQ-2/70型高压清洗水射流装置作为水工混凝土的冲蚀磨损设备,考察了小角度条件下含沙高速水射流作用下混凝土材料的冲蚀磨损性能。结果表明：混凝土肥到严重的冲蚀磨损;在冲击角度较小时,混凝土材料的冲蚀磨损机制主要表现为硬质磨粒沿水平速度方向的切削作用,以及沿垂直方向的冲击作用导致的表面裂纹和脆性断裂;钢纤维对混凝土材料的小角度冲蚀破坏有明显的增强作用。     

不同钢轨材料的风沙冲蚀磨损与损伤行为研究

随着铁路的快速发展,风沙地区的铁路线路分布越来越广,在本文中采用气流喷砂式冲蚀试验机以天然混合沙对不同钢轨材料的风沙冲蚀磨损与损伤行为进行了研究. 结果表明:钢轨材料的冲蚀率随着冲蚀角度的增加先增加后减少;最大冲蚀率出现在30°~45°之间;抗风沙冲蚀磨损性能依次为热处理过共析钢轨>热处理U78CrV>热轧U71Mn>热处理U75V>热轧U75V;延性对热轧钢轨材料的抗冲蚀磨损性能的影响大于硬度,而硬度对热处理钢轨材料的影响大于延性,在线热处理可以提高U75V钢轨的抗冲蚀磨损性能;钢轨材料冲蚀损伤的主要特征为片屑、蚀坑、塑性流动及裂纹;钢轨材料在风沙冲蚀下展现出延性冲蚀模式,其材料去除机制主要为成片机制.      

喷砂冲蚀实验中颗粒轨迹的数值预测

针对冲击磨损实验研究中磨粒群体的运动轨迹难以准确表征的问题,在负压喷射砂粒群冲击Q235钢板的实验中宏观测量了砂粒撞击的速度与位置分布,并使用数值方法模拟了实验砂粒与空气在喷嘴内外的双向耦合过程,以实现负压喷射砂粒群的轨迹预测。计算中提出了非球形粒子在相对马赫数接近1时的曳力模型,以反映空气可压缩引起砂粒表面流动分离的现象,并合理选择Magnus升力模型及壁面反射模型,最终数值预测的砂粒碰撞速度以及撞击位置与实验情况吻合良好。     

磷酸盐激光玻璃在干燥空气和纯水下的摩擦磨损性能研究

通过直线往复摩擦磨损试验机,采用氧化铝陶瓷球作为对摩副,对比研究了磷酸盐激光玻璃在干燥空气和纯水中的摩擦磨损性能.结果表明:纯水下的摩擦系数远小于干燥空气中,液态水在摩擦过程中起到了一定的润滑作用.同等载荷下,磷酸盐激光玻璃的磨损深度和磨损体积在纯水中远大于干燥空气下,水促进了玻璃的材料去除,该玻璃在水下以摩擦化学磨损为主.虽然玻璃在水中的磨损深度较深但是其次表面损伤较浅,这归因于水润滑下摩擦剪切应力的大幅度降低.而干燥环境下,由于纯机械作用,其磨损深度较小,材料损伤以裂纹滋生和脆性剥落为主,并同时引发严重的次表层损伤.     

含砂流对弯管段冲蚀的机理分析

管道的弯管段、闸阀等处常常面临含砂流动的冲蚀磨损而导致管壁减薄或泄漏。为研究弯管段冲蚀磨损的主要机制,进行了加入5%石英砂的固液两相管流循环试验。试验按砂粒粒径分组,主要观测布置在弯管段的一组碳钢贴片在2~3小时后的壁面冲蚀特征。用失重法计算各贴片的冲蚀速率,基于扫描电镜(SEM)研究了贴片表面的损伤形貌。冲蚀后的贴片表面既有犁沟、挤压凹坑及划痕,亦有圆形蚀坑。能谱分析(EDS)显示有一定量的铁氧化物,且不同位置处的贴片失重率有正有负,由此可见导致贴片表面破坏的机制既包括切削、挤压和二次冲击等含沙流流动的机械作用,也伴随着腐蚀作用。这两种机制在弯管各区有不同的体现,且受砂粒粒径的影响。用数值模拟的两相流冲蚀弯管段流场压力和颗粒分布特征做了验证。结果表明弯管段的壁面损伤机制在外拱壁面以颗粒冲击和切削为主,在内拱璧面则以氧化腐蚀为主。     

高岭土填充改性超高分子量聚乙烯的浆体冲蚀磨损特性

分别采用机械混合和釜内聚合方法在UHMWPE基体上填充高岭土,制得两类UHMWPE／Kaolin复合材料,考察了两类UHMWPE／Kaolin复合材料的浆体冲蚀磨损特性及其与冲击速度和高岭土含量之间的关系,通过对磨损表面形貌的观察分析,探讨了UHMWPE／Kaolin复合材料的磨损机理。结果表明,采用聚合方法制备的含高岭土约6．6％（质量分数）UHMWPE／Kaolin复合材料的浆体冲蚀磨损性能优于UHMWPE,是一种有应用前景的复合材料。     

SiC/环氧树脂复合材料冲蚀磨损性能的研究

采用环氧树脂为粘接剂制备了SiC/环氧树脂复合材料,在自制的射流式冲蚀磨损试验机上研究了SiC/环氧树脂的冲蚀磨损性能.结果表明:大尺寸SiC颗粒制备的复合材料较小尺寸SiC颗粒制备的复合材料具有更好的冲蚀磨损性能,且大尺寸SiC颗粒复合材料的冲蚀磨损性能优于Q235钢,而小尺寸SiC颗粒复合材料则低于Q235钢.随着冲蚀角度的变化,其平行材料表面的切削分量和垂直材料表面的冲击分量将会发生变化,低角度冲蚀磨损机理以显微切削和碾压造成环氧树脂及SiC颗粒的层片状脱落为主转变为高角度冲蚀磨损以SiC颗粒碎裂造成环氧树脂疲劳脱落为主.