磨粒粒径对Si3N4结构陶瓷冲蚀磨损性能的影响

以冲蚀磨损工况下的典型应用材料Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,采用转盘式液-固双相流试验机研究了不同SiC磨粒粒径对Si3N4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的微观失效机制.研究结果表明:在各种粒径磨粒的冲蚀磨损条件下,Cr15Mo3铸铁的冲蚀磨损率都比Si3N4结构陶瓷的高,Si3N4结构陶瓷的抗冲蚀磨损能力是Cr15Mo3铸铁的20倍左右;粗颗粒磨料冲蚀条件下试验材料的体积损失比细颗粒磨料冲蚀条件下的大,即磨粒越粗冲蚀磨损越严重;在微观上,Cr15Mo3的腐蚀坑、冲蚀坑多,基体材料冲刷磨损严重,W型失效形貌明显,而Si3N4结构陶瓷的冲蚀磨损面比较光滑,材料失效主要是晶界粘结相失去多所致;结构致密、晶粒细小并有细小柱状晶的存在等是Si3N4结构陶瓷抗冲蚀磨损性能优异的主要原因.     

含沙水域水电站用抗冲蚀磨损新材料的研制

通过降低碳含量及添加适量合金等措施，设计研制了一种韧性好的28CrNiVRe高铬铸铁新材料，并以0Cr13Ni5Mo不锈钢为对比材料，进行了冲蚀磨损性能及腐蚀与磨损间交互作用的研究，研究结果表明，磨损是材料失去的主要形式，而腐蚀及其磨损与腐蚀间的交互作用是不容忽视的，因此，新材料的抗冲蚀磨损性比0Cr13Ni5Mo不锈钢优越，且在水电工程中的应用前景广阔。     

水电工程中不锈钢材料冲蚀磨损与腐蚀的交互作用

通过水轮机目前应用较多的不锈钢材料在冲蚀磨损过程中电化学腐蚀及抗冲蚀磨损性能的研究，区分出了纯磨损、纯腐蚀、磨损对腐蚀的促进分量，及其腐蚀对磨损的促进分量等在材料失效过程中各占的比例。考察了试验材料的抗冲蚀磨损特性及其磨损与腐蚀间的交互作用，并对其失效机制进行了探索性分析。结果表明：在不同的冲蚀速度下，0Cr13Ni5Mo不锈钢的冲蚀磨损失重率小于1Cr18Ni9Ti不锈钢材料；试验材料在冲蚀磨损总失重率中，纯磨损率是占主要的；随着冲蚀速度的增加，磨损对腐蚀的促进作用也增加，同时也加强了腐蚀对磨损的促进作用。     

系列α-Al_2O_3结构陶瓷的耐冲蚀磨损性能

以冲蚀磨损工况下的泵用材料Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,采用转盘式液-固双相流试验机研究了系列α-Al2O3结构陶瓷(90瓷、95瓷、99瓷)的耐冲蚀磨损性能及微观失效机制.结果表明:在不同磨粒硬度试验条件下,Cr15Mo3的冲蚀磨损率均比α-Al2O3结构陶瓷的高4～6倍,且随着磨粒硬度的增加,Cr15Mo3的冲蚀磨损率增加幅度更大;α-Al2O3结构陶瓷的冲蚀磨损体积随磨料含量的增加略有增加,但在相同磨粒硬度试验条件下相差不大,因此该工况下可使用90瓷或95瓷,从而提高应用材料的性价比;Cr15Mo3的微观失效有明显的方向性和腐蚀痕迹,主要以微切削、犁沟和冲蚀坑等形式为主,而α-Al2O3结构陶瓷的失效主要是晶界玻璃相失去,有少量冲蚀坑和晶粒剥落痕迹,迅速增加径向和横向断裂表面能是其主要耗能方式.     

低铬白口铸铁的冲蚀磨损与断裂韧性

通过稀土硅铁合金炉前孕育和热处理工艺改善碳化物形态分布及基体组织的强韧性,从而获得性能较为优越的低铬白口铸铁,对其进行断裂韧性测定和较系统的冲蚀磨损试验.结果表明:孕育处理使碳化物由连续网状分布转变为断续网状分布,同时细化了晶粒,导致断裂韧性K_(IC)的提高;并改善其冲蚀抗力;且表现为磨料越硬效果越显著,说明磨料硬度对低铬白口铸铁冲蚀抗力有显著影响:当磨料为较软的玻璃砂时,冲蚀抗力随材料基体硬度的提高而提高;当磨料为硬的碳化硅时,冲蚀抗力随断裂韧性K_(IC)的提高而提高;当材料硬度相近时,则断裂韧性越高,越耐冲蚀.文中结合冲蚀断口的扫描电镜观察及残留奥氏体转变量的X射线测定对试验结果及冲蚀机理进行了分析讨论.     

双管热采井口的抗冲蚀磨损性能

针对蒸汽辅助重力泄油(SAGD)双管热采井口装置内冲蚀磨损严重问题,研究冲蚀磨损的影响因素。采用正交试验设计对SAGD井口装置进行流体动力学模拟和优化设计,应用ANSYS软件中FSI(fluid-structure interaction)单向流固耦合模块,对正交优化设计试验进行轴向速度、径向速度、全域最大磨损率及壁面剪切应力模拟,判定井口装置中冲蚀破坏的危险区域。结果表明:入口端速度为0.1 m/s,颗粒粒度为0.125 mm,过渡圆角半径为8 mm,管壁壁厚为21.8 mm,管材种类取35Cr Mo基体与WC-12Co涂层。优化方案使多相流体减轻了对井口管壁的冲蚀磨损作用。     

铬系耐磨铸铁的摩擦金属学行为与纳米改性

在我国,每年设备、配件的使用磨损、腐蚀及表面失效造成材料损失高达上亿万吨,为了提高耐磨材料的性能,将宏观的摩擦磨损现象与金属组织的微观变化相联系,用动态金属学的观点研究磨损的微观机制,即进行摩擦金属学研究,是揭示金属材料磨损本质的基本途径,有助于耐磨材料和耐磨处理方法的选择和研究开发。基于对高Cr、低Cr和Cr-Mo-Cu耐磨铸铁所进行的摩擦金属学研究,结果表明:利用纳米改性技术可以改善铬系耐磨铸铁的组织结构和性能,尤其是提高铬系耐磨铸铁的耐磨性方面效果明显。该研究为高铬铸铁和Cr-Mo-Cu合金铸铁等材料耐磨性能的提高提供了一条有效途径。     

烧结亚共晶高铬铸铁制备及其显微组织与性能

以水雾化高铬铸铁粉末为原料,通过压制/烧结工艺制备了一种亚共晶高铬铸铁(SHCCI),对其显微组织、物理力学性能和冲击磨粒磨损工况下的耐磨性能开展了系统的观察、分析与检测,并与成分相近的传统铸造高铬铸铁(CHCCI)进行了对比研究.试验结果表明,通过超固相线液相烧结可以制备出密度达到7.44g/cm~3的亚共晶高铬铸铁,其Cr_7C_3型碳化物呈细小短杆状,沿晶界均匀地分布在由马氏体和奥氏体混合组成的基体中;烧结态高铬铸铁的硬度为HRC58,抗弯强度为2 122MPa,冲击韧性达到6.5J/cm~2(无缺口试样尺寸为5mm×5mm×50mm);与铸造高铬铸铁相比,由于碳化物形貌、大小和分布均匀性的明显改善,以及基体中有更多的马氏体,烧结高铬铸铁在各种冲击载荷下均展现出明显的抗磨粒磨损性能优势,是一种十分优异的耐磨材料.     

水轮机过流部件材料的冲蚀磨损腐蚀及其交互作用

通过对含沙水域水电站水轮机过流部件的4种典型材料(55钢、20SiMn、1Cr18Ni9Ti和0Cr13Ni5Mo)在冲蚀磨损过程中的电化学腐蚀及冲蚀磨损性能研究,区分出纯磨损、纯腐蚀、磨损对腐蚀的促进分量及腐蚀对磨损的促进分量在材料失效过程中各自所占的比例,考查了试验材料的冲蚀磨损特性以及磨损与腐蚀间的交互作用,分析了失效机制,结果表明:材料的冲蚀磨损质量损失率随冲蚀速度和浆料含沙量的增加而增大;冲蚀角在0°～45°范围内变化时,冲蚀磨损质量损失率随冲蚀角增大而增大,当冲蚀角超过45°后,质量损失率随冲蚀角增大而减小;在多泥沙冲蚀磨损条件下,材料纯磨损的质量损失占总质量损失的62%～92%,是材料破坏的主要方式,腐蚀是次要的;磨损对腐蚀的促进作用随冲蚀强度的增大而加强,其对材料流失的作用不可忽视.     

碳化物的位向及尺寸对高铬铸铁耐磨性的影响

本文对成分为3.56%C及16.2%Cr的共晶高铬铸铁采用定向凝固的方法,获得了碳化物呈不同粗细的纤维状定向排列的试样。对它们进行了湿砂橡胶轮磨损、三体磨损、冲蚀磨损及冲击韧性试验,并以砂型铸造的试样作为对比。结果表明:在碳化物数量、碳化物类型及基体组织均保持恒定的条件下,碳化物垂直于磨损面定向排列时,耐磨性最高,尤其是在软磨料低角度冲蚀磨损的情况下,其耐磨性比砂型铸造试样的高156%。至于碳化物的粗细与耐磨性的关系与磨损条件有关,并不都是碳化物愈细耐磨性愈好。当碳化物纤维尺寸相同时,冲击方向与纤维相平行时的冲击韧性与砂型铸造的十分接近。     

Fe-C-Cr-Mn系亚稳奥氏体基铸造合金的耐磨性研究

采用ＭＭ２００磨损试验机、Ｘ射线衍射仪、扫描电镜、透射电子显微镜等研究了Ｆｅ－Ｃ－Ｃｒ－Ｍｎ等亚稳奥氏体基铸造合金的耐磨性、结果表明：在摩擦损过程中,表层亚稳奥氏体应力诱发大量的位错,层错和α马氏体相变,并且它们与奥氏体组织有很好的强韧性匹配。从亚表层到磨损表面方向的硬度逐渐增加,具有梯度分布特征,使材料耐磨性大大提高,优越于２５Ｃ马氏体基白口铸铁。     

铸铁的抗汽蚀性能及其关联因素

本文对铸铁的抗汽蚀性能及其关联因素进行了实验研究,认为石墨是铸铁汽蚀的破坏源,球墨铸铁的抗汽蚀性能优于普通灰铁的抗汽蚀性,灰铁基体组织的抗汽蚀性能以回火马氏体为最好,铁素体最差。经过实验得出增加片墨铸铁强度其抗汽蚀性能提高,增加球墨铸铁基体硬度时,抗汽蚀性能显著提高,铸铁中加入Cr1.00％,Mo0.50％,V0.100％,Re0.05％时,其抗汽蚀性能明显提高。含钒铸铁有较强的抗食盐水汽蚀能力。     

提高高磷铸铁耐磨性的表面镍基激光合金化

通过对高磷铸铁表面进行以镍基合金粉末为主的激光合金化处理，调整铸铁表面层中的成分、组织与结构，探讨激光表面合金化层的硬度与耐磨性．实验结果表明，在激光功率为１．５ｋＷ，扫描速度为５ｍｍ／ｓ时，镍铬硼硅粉末能很好地溶于基材之中，形成明显的合金层与过渡区，溶入的合金元素大多以化合物或固溶体的形式存在，合金层与基材结合良好，未见宏观及微观裂纹，表面硬化层的硬度值大幅度提高，并使耐磨性提高５～７倍．     

低合金铸铁在高流速海水中的腐蚀研究

本文测试了常用的几种低合金铸铁在高流速海水中的腐蚀行为与腐蚀特征。试验证明，低合金铸铁在海水流速低于１１ｍ／ｓ时，冲刷磨损腐蚀形式为湍流腐蚀，而不是空泡腐蚀，在高流速条件下片状石墨铸铁的耐蚀性优于球状石墨铸铁。     

高铬铸铁的热处理与二次硬化

利用扫描电镜分析和机械性能测试对15-2-1型高铬铸铁的二次硬化效应进行了研究,并结合合金耐磨性分析探讨了二次硬化效应在高铬铸铁锚喷衬板中的作用.     

石墨和碳化物形态对高镍奥氏体球铁抗热冲击性能的影响

本文论述了合金元素Si,Cr,Mo对含Ni20％的高镍奥氏体球墨铸铁抗热冲击性能的影响,揭示了石墨和碳化物形态与热冲击疲劳裂纹扩展方式和扩展速率之间的关系。发现石墨呈球状时热冲击疲劳裂纹为晶界型裂纹,抗热冲击性能最好;呈片状时为穿晶型裂纹,抗热冲击性能最差,呈枝晶状时为(晶界加穿晶)混合型裂纹,抗热冲击性能介于前二者之间.加入适量的Cr,Mo,Si可显著地提高抗热冲击性能。     

铬系白口铸铁二体磨粒磨损的试验研究

Ｃ２．４５～４．１％、Ｃｒ１．０～２６．５％的白口铸铁，分别用砂型和金属型铸造，并分别采用高温回火和低温回火，以得到不同种类、不同块度的碳化物和不同硬度的基体，并使之在试制的Ｎａｔｈａｎ 磨损试验机上以１０．３米／秒的速度进行磨损试验，其结论是：影响铬系白口铸铁抗磨性的主要因素是组织中碳化物的类型和块度大小，其次是化学组成，第三是基体硬度。     

铸态奥－贝球铁的抗汽蚀性

介绍了铸态奥－贝球铁的制取方法及其组织和性能。并研究了铸态奥－贝球铁抗汽蚀特性。实验表明，铸态奥－贝球铁的抗汽蚀性能比普通球铁高出约３倍，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｕ和Ｂ等元素对铸态奥－贝球铁的组织、机械性能及抗汽蚀性都起着十分重要的作用，保留在室温的奥氏体组织有着良好的抗汽蚀性．     

球墨铸铁的汽蚀特性研究

针对球铁的汽蚀特性进行了研究,认为球铁中的石墨是球铁的汽蚀破坏源。汽蚀过程为:汽蚀冲击力首先击碎汽蚀面上的石墨并留下坑点和孔洞;孔洞底部基体组织发生变形以及汽蚀面下出现脱体现象;基体组织萌生裂纹;汽蚀裂纹扩展汇交形成层状剥蚀。球铁比普通灰铁具有较优的抗汽蚀性的主要原因,是由两种铸铁不同的石墨形状和结晶过程引起的。回火马氏体球铁具有最优的抗汽蚀性,脱体现象仅发生在1～2个共晶团的间距内,裂纹扩展受马氏体片的掉列方向影响;铁素体球铁具有最差的抗汽蚀性,在铁素体环中裂纹容易形成和扩展。提高球铁抗汽蚀能力的方法就是要消除铁素体环。