(高清版)GBT 6383-2024 空蚀试验方法

空蚀试验方法2024-03-15发布2025-04-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件代替GB/T6383—2009《振动空蚀试验方法》,与GB/T6383—2009相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：a)增加了振动空蚀试验装置的控温要求(见4.1.8);b)增加了转盘空蚀试验装置和射流空蚀试验装置及其技术要求(见4.2、4.3);c)增加了测试试样加工精度要求(见5.1);d)增加了转盘空蚀试验试样和射流空蚀试验试样的规格尺寸及要求(见5.2、5.3);e)更改了测试条件中的温度要求(见6.1.2,2009年版的第6章);f)增加了可选的试验条件参数(见6.2);g)删除了试验前进行模拟振动测试的要求(见2009年版的7.2);h)增加了测试时间要求(见7.6);i)增加了最大空蚀速率和名义孕育时间等参数处理方法(见8.4)。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国海洋船舶标准化技术委员会(SAC/TC12)提出并归口。本文件起草单位：洛阳船舶材料研究所(中国船舶集团有限公司第七二五研究所)、中国船舶科学研究中心、青岛双瑞海洋环境工程股份有限公司。本文件于1986年首次发布，2009年第一次修订，本次为第二次修订。1空蚀试验方法本文件规定了空蚀试验的试验装置、试样制备、试验条件、试验流程、数据处理及试验报告等内容。本文件适用于采用振动空蚀、转盘空蚀和射流空蚀等试验装置的材料空蚀试验，用于评价金属材料在流体介质中因空化引起的损伤及其耐空蚀性能，其他经受液体冲击产生空蚀的材料参照使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T10123金属和合金的腐蚀术语GB/T16545金属和合金的腐蚀腐蚀试样上腐蚀产物的清除3术语和定义GB/T10123界定的以及下列术语和定义适用于本文件。空蚀cavitationerosion由腐蚀和空泡联合作用引起的损伤过程。空蚀速率cavitationerosionrate单位时间、单位面积内由连续空蚀作用造成材料的损失量。累积空蚀量cumulativecavitationerosion空蚀过程中材料表面在试验时间内总的损失量。累积空蚀与累积试验时间的关系曲线。空蚀速率-时间曲线cavitationerosionrate-timecurve瞬时空蚀速率与试验时间的关系曲线。空蚀速率与试验时间曲线中的初始段。注：这一阶段的空蚀速率为零或者与随后的空蚀速率相比可以忽略。最大空蚀速率maximumcavitationerosionrate空蚀过程中最大的瞬时空蚀速率。2平均空蚀深度meandepthofcavitationerosion由空蚀作用造成材料损失减少厚度的平均值。名义孕育时间nominalincubationtime由累积空蚀-时间曲线拟合得到的表示空蚀开始发生的时间。临界空蚀时间cavitationerosionthresholdtime平均空蚀深度达到1μm时所需的时间。最终空蚀速率terminalcavitationerosionrate在经历最大空蚀速率后足够长时间，空蚀速率下降至相对稳定的值。4试验装置4.1振动空蚀试验装置4.1.1振动空蚀试验装置组成见图1。标引序号说明：1——隔音装置；2——变频器；3——变幅杆；4——恒温装置；5——试验容器；6——电源；7——试样。图1振动空蚀试验装置示意图34.1.2振动空蚀试验装置采用变频器驱动变幅杆和试样产生轴向振动，变频器通过磁致伸缩或压电换能器作用于变幅杆上，测试试样安装于变幅杆的底部，整个换能器-变幅杆-试样系统应在(20±0.5)kHz频率下进行纵向共振。4.1.3装置应能实现振动频率和振幅的监测与调控，并提供计时器来控制测试时间或在预设时间后自动关闭测试，装置功率应足以使试样在水中保持恒定的振动频率和振幅。4.1.4变幅杆宜采用锥形柱状结构，其长度(包括试样厚度)和结构设计应保证试样端获得最大振幅。4.1.5试样直径应与变幅杆顶端外直径相等，且一端带螺纹，螺纹与变幅杆的螺纹孔相配合，试样安装见图2。标引序号说明：1——试样；2—-变幅杆；3——温度传感器；4——试验容器；5——试验介质。图2试样安装示意图4.1.6变频器和变幅杆应无外力和振动的干扰，同时为了减少噪声辐射，装置宜安装隔声罩。4.1.7试验容器宜采用圆柱形玻璃容器，直径不小于100mm,高度不小于100mm。4.1.8宜采用恒温水浴的方式控制试验容器中的介质温度，此时需将试验容器浸入恒温水浴中；亦可在试验容器中安装控温盘管来控制介质温度。温度传感器的位置尽可能靠近样品，但应放置在不干扰空蚀过程且不受空蚀破坏的位置。宜放置在样品外围径向约3mm,且深度低于样品表面约3mm的位置。4.2转盘空蚀试验装置4.2.1转盘空蚀试验装置见图3。4标引序号说明：1——电机；2——转盘；3——静止翼；4——热交换器；6——水槽；7——空泡发生器；8——试样。图3转盘空蚀试验装置示意图4.2.2转盘空蚀试验装置利用电机驱动转盘在水中高速旋转，使得空泡发生器产生空泡。试验装置在整个试验过程中应保持恒定的工况。4.2.3转盘由联结轴套、空泡发生器和试样槽组成。联结轴套将转盘通过销键和电机旋转轴联结，空泡发生器用于制造空泡，空泡发生器的结构形式和尺寸影响空泡性能，推荐直径为(16±0.05)mm通孔，边缘无倒角、无毛刺。试样槽用来承载材料试样，试样槽(或试样)的位置应位于空泡剥蚀区域中，以获得足够的空蚀强度，同时防止剥蚀转盘。4.2.4利用水泵使水在转盘、水槽和热交换器之间循环，试验过程中保持水温恒定。4.2.5基本测量仪器为测定质量的天平，最小分度值应在0.1mg,精度达3级，其他仪器可按具体试验要求选定。54.3射流空蚀试验装置4.3.1射流空蚀试验装置见图4。该装置使装在试样托架上的试样在试验介质中受到来自正面射流产生的空泡爆裂以及高压水流冲刷，达到空泡腐蚀的作用。标引序号说明：1——水箱；2——截止阀；3——高压泵；4——高压调压阀；5——喷嘴；6——试样及试样托架；7——试验腔；8——低压调压阀；9——安全阀。图4射流空蚀试验装置示意图4.3.2试验装置由水箱、高压泵、管路阀门、试验腔等组成，其中试验腔由储液罐、试样托架、喷嘴及管路等组成。试验腔应可密闭，并承受试验所需的压力，必要时可在试验腔内安装测量系统。4.3.3利用高压泵和高压调压阀调节控制喷嘴射流的压力和流速，应能满足喷嘴的最大入口压力不低于10MPa,最大流量不低于4.5L/min。利用低压调压阀控制喷嘴出口压力(即试验腔内的压力),通过调节喷嘴入口和出口压力比控制试验的空化系数。4.3.4试样托架用于固定测试试样，托架的形状设计为圆柱形，顶端直径与试样一致。测试试样需加工和试样托架顶端外直径一样的盘状，而且有一端直径较小的螺杆，以便与试样托架顶端的螺纹孔相配合。试样托架上螺纹孔的深度应与试样螺杆长度一致。4.3.5应保证试样托架、试样以及喷嘴不受外力的影响而产生振动，并保持同心状态。可通过加装固定支架来减少这类因素的影响。4.3.6喷嘴为细长的圆柱形孔，进口边缘应锋利，不应有手工加工的缺陷和毛刺。喷嘴应由高耐蚀的合金制成。喷嘴的形状影响其性能，推荐的喷嘴结构尺寸如图5所示。6单位为毫米局部图(A)图5喷嘴的结构尺寸4.4试验装置的校验4.4.1利用标准试样进行试验装置的校验，校验方法参照第5章～第7章的规定，校验结果的允许偏差范围见附录A,试验数据落在偏差区内表明试验装置正常，可进行相应的试验。4.4.2定期用标准试样校验仪器的运行状况，校验时应保证在相同条件下每组试样有3个平行样。4.4.3标准校验材料采用退火处理的铸造Ni200。其化学成分见表1,物理性能见表2。也可根据被测材料的耐蚀性选择相近的材料作为辅助校验材料，表3给出了两种辅助校验材料及其物理性能。表1Ni200材料的化学成分元素NiMnCS7表2Ni200材料的物理性能密度屈服强度MPa抗拉强度MPa断后伸长率%硬度HRB40～55表3辅助校验材料的物理性能特性6061-T6铝合金316L不锈钢密度/(g/cm³)2.71抗拉强度/MPa断后伸长率/%21.569.0断面收缩率/%硬度/HRB60.1最大空蚀速率范围/(mg/h)9.6～11.95试样制备5.1振动空蚀试验试样5.1.1振动空蚀试验的试样尺寸应符合图6和表4的规定。8图6振动空蚀测试试样表4振动空蚀试样尺寸及公差参数尺寸及公差mm试样工作面外径“,D15.9±0.05试样安装螺纹外径，T10士0.05试样厚度，H4～10试样安装螺纹长度，L10.0±0.5过渡段圆弧半径，R0.8士0.15变幅杆配合孔径，F过渡段厚度，U2.0±0.5过渡段直径，W安装螺纹倒角长度，Z0.8士0.15试样形位公差“,r0.050试样端面与轴向垂直度公差“,s0.025倒角“,E该尺寸为强制尺寸；其他为推荐尺寸。95.1.2同一个变幅杆进行不同材料的测试时，试样宜具有相同的质量。5.1.3试样的表面状态应根据测试目的确定，筛选一定使用条件下的耐空蚀材料时，试验材料的表面处理方法应一致。评定材料的耐空蚀性能时，试样表面状态宜与使用状态一致。5.1.4连接试样和变幅杆之间的螺纹应保证有足够的预应力，避免试验过程中引起振动、疲劳、破坏以及液体向螺纹内泄漏。螺纹的根部应无尖锐的倒角，与变幅杆连结处的密封环和退刀槽应光滑。5.1.5对于相对较轻、软、脆的材料或者不易加工成均匀样品的被测材料，可使用与变幅杆相同的材料(或者其他合适的材料)加工成带螺杆的转接试样，将被测材料加工成厚度不低于3mm的圆片，并通过焊接、粘接等方法将被测圆片固定在转接试样底部制成测试试样。5.1.6试样安装与紧固时不应破坏试样和变幅杆的表面。5.2转盘空蚀试验试样5.2.1转盘空蚀试验的试样结构尺寸见图7和表5。试样由未经局部加热或挤压的棒料或平板加工，切削速度和进刀量应小于该材料推荐值的三分之一，切削完成后宜做回火处理以消除加工应力。试样空蚀表面应抛光，其表面粗糙度Ra小于0.8μm,平面度不超过0.02mm,边缘无倒角、无毛刺。每种材料至少用3个试样做重复试验。5.2.2测试涂层或镀层的空蚀性能，使用基体材料做底托，试样制备可根据具体试验目的准备。图7振动空蚀测试试样表5转盘空蚀试样尺寸及公差参数尺寸及公差试样工作面外径，D试样厚度，H涂层厚度，h5.3射流空蚀试验试样5.3.1射流空蚀试验的试样结构尺寸见图8和表6。图8射流空蚀试样表6射流空蚀试样尺寸及公差参数尺寸及公差mm试样工作面外径“,D35±0.05托架配合孔径，F试样厚度，H试样安装螺纹长度，L过渡段圆弧半径，R0.5±0.15试样安装螺纹外径，TF过渡段厚度，U2.0±0.5过渡段直径，W安装螺纹倒角长度，Z0.8±0.15试样端面与轴向垂直度公差*,s试样边缘的倒角该尺寸为强制尺寸；其他为推荐尺寸。5.3.2同一个试样托架测试的不同材料的试样宜具有相同的质量，同种材料试样的质量偏差应小于0.5g,厚度偏差应小于0.05mm。5.3.3试样的表面状态应根据测试目的确定，通常试样的表面粗糙度应不超过0.4μm。筛选一定使用条件下的耐空蚀材料时，试验材料的表面处理方法应一致。评定材料的耐空蚀性能时，试样表面状态宜与使用状态一致。5.3.4测试涂层或镀层的空蚀性能，使用基体材料做底托，试样制备可根据具体试验目的准备。6试验条件6.1标准试验条件6.1.1试验介质宜采用蒸馏水或去离子水，每次试验应更换新的试验溶液。6.1.2如无特殊要求，试验介质温度应保持在(25±2)℃。6.1.3环境气压为一个标准大气压(101.3±6)kPa。如果压强发生变化，应记录下来。6.1.4振动空蚀试验容器中的液位高度应为(100±10)mm,试样测试面浸入溶液深度应为(12±4)mm,试样(变幅杆)应与圆柱形容器轴线同心，误差应在容器直径的±5%以内，振幅为(50士2.5)μm,非金属材料振幅宜为25μm。6.1.5转盘空蚀试验时，转盘槽内应注满水，转盘转速宜为(2950±150)r/min。6.1.6射流空蚀试验时，试验腔内应注满水并密封；试样端面与喷嘴口的距离为(15±0.2)mm,试样应与喷嘴在同一中心上，同轴度误差不超过1mm;喷嘴入口压力宜为10MPa～20MPa,试验空化系数宜选择0.03。6.2可选试验条件6.2.1根据测试目的的不同，可能存在必须使用其他温度、压力和溶液的试验，此时，应在试验结果中明确记载试验条件，以及与标准试验条件(见6.1)的偏差。6.2.2试验温度的变化可通过调节控温装置来实现，应对试验温度进行监测和记录。6.2.3为了在较高的温度或压力下，或在危险的液体下进行测试，应设计专用的试验容器，通常应在容器与变幅杆等活动结构之间进行密封。6.2.4当使用腐蚀性的介质(例如海水)进行试验时，宜对机械作用和电化学作用之间的协同效应进行评估。6.2.5对于周期性变化的试验条件，可采用脉冲或循环的方式进行试验，宜采用60s开、60s关的循环方式作为基本占空比。7试验流程7.1试验前先将试样编号，然后清洗去除试样表面的油污和杂物，金属或无机非金属试样清洗后放入烘箱中在温度105℃下烘干1h,放置在干燥器中冷却到室温，取出试样后，用精度为0.1mg的分析天平称重，采用光学摄像记录试样的表面形貌。有机材料清洗后用冷风吹干，称重并观察记录表面形貌。7.2每测试一个新试样，容器应清洗干净，更换新的溶液，并提前开启控温装置，使溶液达到设定的温度值。7.3开启设备和计时器，调节试验参数尽快达到设定值，进行一个试验周期的测试。7.4在试验周期结束后，取出试样仔细清洗。金属或无机非金属试样放入烘箱中在温度105℃下烘干，冷却后称重，确定失重量。重复进行清洗、干燥和称重操作，直到两次连续称重相差不超过0.4mg为止。试样清洗可用化学方法和超声波方法，化学方法按照GB/T16545。对处理后的试样记录表面形貌。7.5重复7.3、7.4,进行下一个试验周期的测试。有机材料清洗后用冷风吹干，称重并观察记录表面形GB/T6383—2024貌，确认有无损伤及其损伤程度，再重复7.3、7.4,进行下一个试验周期的测试。7.6试验周期的确定应能使累积空蚀量与累积试验时间的关系曲线能够以合适的精度建立。通常，试验周期取决于测试材料及其耐蚀性，对于铝合金每个试验周期宜为15min,对于纯镍宜为30min,对于铜合金和不锈钢可选择1h～2h,对于钨铬钴等硬质合金可选择4h～8h。如果要准确获取材料空蚀孕育期和加速期的累积空蚀-时间曲线或者得到临界空蚀时间值，则宜缩短试验周期。7.7同一试样在同样的介质中测试8h～12h,取出试样，更换新的溶液。7.8每个试样的平均空蚀速率达到最大值并开始减小后，可终止试验。7.9当有多组试样同时进行对比试验时，要保证所有的材料都达到可对比的腐蚀深度。8数据处理8.1根据空蚀试验结果绘制累积空蚀-时间曲线，通过计算空蚀速率，绘制空蚀速率-时间曲线(见图9)。空蚀速率按公式(1)计算。……(1)式中：Ve——空蚀速率，单位为毫克每小时(mg/h);W——空蚀时间为t;时的累积空蚀量，单位为毫克(mg);W,——空蚀时间为t,时的累积空蚀量，单位为毫克(mg);t;、t;——空蚀试验时间，单位为小时(h)。8.2不同材料在相同试验时间内的累积空蚀量不足以比较材料的耐蚀性，可采用平均空蚀深度进行比较，平均空蚀深度按公式(2)计算。计算试样的平均空蚀深度时，即使测试试样的工作面发生了不均匀的侵蚀，也应按试样工作面的整个面积进行计算。…(2)式中：MDE——平均空蚀深度，单位为微米(μm);p——材料密度，单位为克每立方厘米(g/cm³)s——试样工作面积，单位为平方厘米(cm²)。8.3对于不同材料还可采用达到特定