在喷冲蚀(低角冲蚀)条件下,陶瓷喷嘴的磨损机制除应力疲劳断裂和脆性断裂冲蚀外,还存在着由于硬磨料颗粒对喷嘴的切入造成的微切削作用。这种微切削作用随喷嘴的提高而降低。碳化硼和碳化硅陶瓷喷嘴的硬度较高,抗颗粒切入及其微切削作用的能力较强。因此,两者的磨损机制主要表现为应力疲劳和脆性断裂。
关于磨料颗粒硬度和粒度对陶瓷喷嘴冲蚀磨损率的影响研究表明:棕刚玉磨料对碳化硅陶瓷喷嘴的冲蚀磨损率很低,原因是棕刚玉磨料硬度低,当冲击喷嘴表面时,自身破碎严重,只有大量的颗粒不断积累,才能形成一个足够大的断裂应力,扩展成一个裂纹,使材料剥落造成磨损。因此,在棕刚玉磨料冲蚀下,碳化硅陶瓷喷嘴的磨料机制主要表现为疲劳断裂冲蚀。碳化硅陶瓷喷嘴冲蚀sem照片。
白刚玉和碳化硅对碳化硼陶瓷喷嘴的冲蚀磨损率分别是棕刚玉的5倍和8倍,对碳化硅陶瓷喷嘴的冲蚀磨损率分别是棕刚玉的5倍和9倍,冲蚀磨损率的剧烈增大表明:两种陶瓷喷嘴在白刚玉和碳化硅磨料冲蚀下的机制与棕刚玉磨料冲蚀下的冲蚀机制是不同的。有前面文章可知,白刚玉和碳化硅磨料陶瓷喷嘴的冲蚀速度比棕刚玉高,喷嘴所受的应力大,一次或少数几次的冲击就可使材料产生径向裂纹和横向裂纹,这些裂纹以较快的速度扩展,造成材料的去除。此时,碳化硅陶瓷喷嘴对应的冲蚀机制我为脆性断裂冲蚀。碳化硅陶瓷喷嘴经60目碳化硅磨料冲蚀后表明SEM照片。
氧化铝陶瓷喷嘴和碳化硅陶瓷喷嘴相比,硬度低而韧性高,其抗韧性断裂的能力较强,而抗微切削作用的能力较弱。从前面文章的分析可知,碳化硅磨料对氧化铝陶瓷喷嘴的冲蚀磨损率分别是棕刚玉和白刚玉磨料5倍和6倍左右,说明碳化硅磨料对氧化铝陶瓷喷嘴的冲蚀机制与棕刚玉和白刚玉和磨料不同。从硬度比可以看出,棕刚玉和白刚玉磨料于喷嘴的硬度比hp/ht=1,处在软、硬颗粒冲蚀的临界状态,此时脆性断裂和微切削冲蚀机制同时存在,磨损表面存在颗粒脱落现象并有少量的犁沟和沟槽。在碳化硅磨料的冲蚀下,氧化铝碳化硅陶瓷喷嘴属于硬度颗粒冲蚀,主要表现为微切削机制机理,从磨损表面上许多犁沟和沟槽。
另外,由于YG8、YT15、45淬火钢、铸铁喷嘴的硬度太低,棕刚玉,白刚玉和碳化硅三种磨料对它们的冲蚀皆为硬颗粒冲蚀,磨损机理主要表现为微切削。
对不同入口锥角碳化硅和氧化铝陶瓷喷嘴在碳化硅磨料冲蚀下的应力状态进行有限元分析,结果表明:对于圆柱形直孔结构的喷嘴,在磨料入口处喷嘴所受应力最大,出口次之,最小应力出现在中间区域,可以很好解释喷嘴出,入口的磨损比其他位置磨损严重的现象。对于30度锥角结构的喷嘴,最大应力出现在锥角结构处,由于入口冲蚀角的减小,最大应力值比圆柱形直孔结构的喷嘴有所下降,表明30度锥角的磨损要比圆柱形直孔喷嘴均匀。对于15度锥角结构喷嘴,最大应力出现在锥角结束处和出口处,且其值比30度锥角喷嘴的最大应力下降幅度更大,由于出口处的应力值没有变化,所以出现了最大应力在两处同时存在的情况。表明15度锥角喷嘴结构形式更合理。碳化硼陶瓷喷嘴的最佳入口锥角在11度左右,碳化硼陶瓷喷嘴的最大应力锥角的变化规律与碳化硼陶瓷喷嘴相同,对应的最佳入口锥角分别为14度和15度。
对不同材料的喷嘴的冲蚀磨损机理进行研究,结果表明:喷嘴入口,内壁和出口部分承受多冲蚀角、喷嘴的磨损属于多冲蚀机理并存在的复合冲蚀机制,其磨损机理包括:应力疲劳断裂冲蚀,脆性断裂冲蚀和微切削作用。微切削作用随喷嘴硬度的提高而降低,碳化硼陶瓷喷嘴的硬度较高,抗颗粒切入作用的能力较强,磨损机制主要表现为应力疲劳。 |