不同入射角、不同形状颗粒对去除材料的影响.doc

不同入射角、不同形状颗粒对去除材料的影响1 冲蚀磨损概述冲蚀磨损指的是材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象，是由多相流动介质冲击材料表面而造成的。冲蚀磨损已经成为许多工业部位中材料破坏的原因之一，英国科学家Eyre认为冲蚀磨损占工业生产中经常出现的磨损破坏总数的8。根据介质可将冲蚀磨损分为两大类：气液喷砂型冲蚀及液流或水滴型冲蚀。流动介质中携带的第二相可以是固体粒子、液滴或气泡，它们有的直接冲击材料表面，有的则在表面上溃灭(气泡)，从而对材料表面施加机械力。固体粒子冲蚀磨损的定义：固体粒子冲蚀磨损是指高速气体携带大量尺寸小于1000m的固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击，发生材料损耗的一种现象或过程，冲击速度一般在550m/s内。工程中存在的固体粒子冲蚀磨损现象随处可见，如空气中的尘埃和砂粒可使直升机发动机寿命降低90%；石油化工厂烟气发电设备中，烟气携带的破碎催化剂粉粒对回收过热气流能量的涡轮叶片会造成冲蚀；火力发电厂粉煤锅炉燃烧尾气对换热器管路的冲蚀而造成的破坏大致占管路破坏的1/3；压缩机叶片的导缘只要有极少量材料冲蚀出现，0.55mm的缝隙便能引进局部失速。2 微切削理论IFinnie讨论了刚性粒子(有足够硬度，不发生变形)对塑性金属的冲蚀，提出了微切削理论，这是第一个定量描述的完整理论，其体积冲蚀率v随入射角变化的综合表达式为:式中M为粒子的质量，U为粒子速度，P为粒子与靶材间的弹性流动压力。经实验验证，该模型较好地解释了低冲击角下塑性材料受刚性粒子冲蚀的规律，但对高冲击角或脆性材料的冲蚀偏差较大，特别是在冲击角为90时，其相对冲蚀体积为零。3单点冲蚀的切削模型Budinski将单点冲蚀划分为四类，主要针对多角粒子：a)点坑型冲蚀(Pitting)，类似于硬度压头的对称性菱锥体粒子正面冲击造成的；b)犁削(Plowing)，类似于犁铧对土地造成的沟，凹坑的长度大于宽度，材料被挤到沟侧面；c)铲削(Shoveling)，在凹坑出口端堆积材料而铲痕两侧几乎不出现变形；d)切片(Chipping)，凹坑浅，由粒子斜掠而造成的痕迹影响因素固体粒子冲到靶材表面上，除入射速度低于某一临界值外，一般都会造成靶材的冲蚀破坏。耐磨性、耐冲蚀性反比于一定条件材料的冲蚀率。材料的冲蚀率是一个受工作环境影响的系统参量，它不仅受入射粒子的速度、粒度、硬度及形状的影响，而且材料的物理、力学性能也对它起作用。以下介绍影响的因素：1）冲击角冲击角是指靶材表面与入射粒子轨迹之间的夹角，也可称为入射角或攻角。材料的冲蚀率和冲击角有密切关系：典型塑性材料(如纯金属和合金)最大冲蚀率出现在1530冲击角内，典型脆性材料(陶瓷和玻璃)则出现在正向冲击角(90)，其它材料一般介于两者之间。2）冲击速度材料发生冲蚀磨损存在一个冲击速度的下限(门槛冲击速度，取决于粒子性能和材料性质)，低于这个速度，只发生弹性碰撞，在高于这个速度时，材料冲蚀率与粒子冲击速度存在如下关系： 式中v为粒子速度，n为常数。金属材料在低冲击角条件下n为2224，在正向冲击时为2.55，陶瓷材料则在3左右。3）粒度和粒子形状粒度是影响材料冲蚀行为的重要因素。塑性材料冲蚀率在一定粒度范围内随粒度增加而上升，但当粒度达到某一临界值(Dc)时，冲蚀率几乎不变，Dc的值随材料及冲蚀条件的不同而变化粒度对脆性材料冲蚀行为的影响明显区别于塑性材料：冲蚀率随粒度增加不断上升，不存在临界值Dc。粒子形状是影响材料冲蚀率的一个主要因素。研究了不同粒度尖角粒子和球状粒子在几种流量条件下塑性材料的冲蚀行为，尖角粒子造成的冲蚀失重远大于球状粒子。经过试验尖角粒子冲击玻璃导致的冲蚀失重远大于球状粒子造成的冲蚀失重。一般