对脆性喷嘴材料冲蚀磨损机理的研究,一般是将弹性塑性力学应用到冲蚀破坏过程中,利用颗粒冲击材料表面后在弹性损伤区产生的残余应力的变化过程来分析各种裂纹的形成和扩展。
冲蚀磨损作用于喷嘴脆性材料,在被冲蚀表面形成压缩,压缩周围产生一定塑性区。随冲击能量的增大,塑性区尺寸也将增大,当达到一定值时,首先在应力集中最大的塑性区底部所示的中央径向裂纹,随着冲击能量的逐渐增大,径向裂纹逐渐扩展。压痕应力场可以分解为弹性和残余应力场两部分,弹性应力场随硬质点载荷的去除面而去除,而残余应力场由压痕塑性区与其周围的弹性区不匹配所造成的。在残余应力场的作用下,质点载荷的去除过程中在压痕周围形成辐射状的横向裂纹,卸载过程中产生横向裂纹主要是因为原来的压应力场转为张应力场,形成横向裂纹是材料表面碎裂和导致脆性材料冲蚀发生的主要原因。
不同类型的螺旋喷嘴材料在冲蚀磨损过程中其磨损性为存在较大的差异,这归纳于材料的结构特征,同一喷嘴材料在不同外部冲蚀条件下其磨蚀行为同样存在着差异,这归结于冲蚀条件对冲蚀行为的影响,以往对金属等延性材料的磨损研究较多,而对脆性喷嘴材料的冲蚀机理仍停留在用弹塑性力学理论的研究基础上进行,从finnie关于冲蚀磨损的微切机理提出以后,人们又陆续提出了一些其他机理和催脆性断裂机理等。基于这机理建立的脆性冲蚀磨损模型。
这些模型是在不同的假设前提下建立起来,使得模型的应用存在一定的局限性,气缺陷在于, 1,冲蚀磨料颗粒并非是一种球形,在冲蚀时颗粒同时也要受到被冲蚀材料的反作用而变形或破碎。同时,这些模型未考虑到颗粒于被冲蚀喷头材料之间的相互影响。
2,EVANS冲蚀磨损理论认为,不论颗粒冲击能量的大小,喷嘴冲击点局部的磨损机制皆为横向机制所控制,因而导致公式中冲蚀速度因子比实际偏高。相反,RUFF和WIEDERHORN等冲蚀磨损模型假设中认为冲击动能完全材料的塑性变形所吸收,因而在公式中表现出了冲蚀速度因子偏小。
3,弹塑性磨损模型中未考虑材料的微观结构对磨损机制的影响。事实上,喷嘴材料本身的显微结构(晶粒尺寸,分布及残余应力场等)对颗粒冲击能的耗散直接影响材料的耐磨性能。这些已被许多研究所证实。
以上这些机理都在一定范围内解释实验现象,各自解决一部分问题,但又有一定的局限性。根据这些机理简历的模型有一定的经验性,为了与实际情况相吻合,在建立模型的过程作了不少假设,因此使得所建立的模型适用范围较窄。 |