不同工況下流體機械沖蝕的磨損特性研究

張忠瑞(安徽華塑股份有限公司,安徽 定遠 233290)

流體機械在工業(yè)機械中有著非常重要的地位，不同的工作環(huán)境的對于流體機械沖蝕的磨損特性是不一樣的，而針對不同工況下的流體機械磨損特性的研究也越來越受到相關(guān)技術(shù)人員的重視，希望能通過研究減少對流體機械的磨損和破壞。

1 沖蝕磨損的定義

沖蝕磨損是指材料受到小而松散的流動粒子沖擊時表面出現(xiàn)破壞的一類磨損現(xiàn)象。其定義可以描述為固體表面同含有固體粒子的流體接觸做相對運動其表面材料所發(fā)生的損耗。攜帶固體粒子的流體可以是高速氣流，也可以是液流，前者產(chǎn)生噴砂型沖蝕，后者則稱為泥漿型沖蝕。沖蝕磨損是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中常見的一種磨損形式，是造成機器設(shè)備及其零部件損壞報廢的重要原因之一。

2 不同工況下影響磨損特性的因素

流體機械工作的不同工況，具體表現(xiàn)在磨粒的性質(zhì)或者流體機械的運行參數(shù)的不同，我們主要考慮不同的參數(shù)對于流體機械的磨損特性的研究。

2.1 磨粒的形狀對于磨損特性的影響

流體介質(zhì)在流體機械中傳輸?shù)倪^程中，由于流體中含有的固體介質(zhì)的形狀不同，對于流體機械的磨損特性也是不同的。棱角較多的磨粒對于流體機械的沖蝕磨損特性顯然更加的厲害，相比于圓形或者橢圓形的磨粒來說，棱角較多的磨粒在同樣的沖擊角度和沖擊力的條件下，是圓形或者橢圓形磨粒對流體機械沖蝕磨損特性的好幾倍，通過實驗室設(shè)備具體測試和觀察我們得知，棱角較多的磨粒對流體機械的表面作用力的表現(xiàn)形式主要是切削的方式，而圓形或者橢圓形的磨粒著是犁削變形的方式。

2.2 沖擊角度對于磨損特性的影響

這個沖擊角度實質(zhì)上指的是流體中的固體粒子沖擊流體機械的表面時，固體磨粒的沖擊方向和流體機械磨損面形成的夾角，顯然，沖擊角度的不同對于流體機械的磨損特性也是不一樣的，當然并不是角度越接近于垂直方向磨損就越嚴重，研究表明，沖擊角度對于機械的磨損程度還跟流體機械磨損面的材料有關(guān)。對于脆性材料來說，當沖擊角度越接近90°的時候，磨損的程度也就越嚴重，而對于塑性材料來說，沖擊角度則有一個中間值，這個值隨著不同材料有著一定的差異性，一般在15°-40°之間，造成的磨損情況最為嚴重。

2.3 磨粒的粒度對磨損特性的影響

磨粒粒度是流體機械沖蝕中造成磨損的重要參考因素，磨粒粒度對于流體機械的磨損特性的影響具體表現(xiàn)在兩個方面。首先是磨粒的尺寸的區(qū)別，尺寸的不斷增大對流體機械的磨損程度不是一直增高的，存在一個臨界值，這個臨界值現(xiàn)象的存在就是磨粒的尺寸效應(yīng)。脆性材料的不同也會影響磨粒對流體機械的磨損程度，不同的脆性材料受到同一種磨粒的沖蝕的時候，其磨損特性也是不同的，遵循的變化規(guī)律也是有區(qū)別的。除了上述這兩種情況的區(qū)別，同一種磨粒的由于粒度分布的不同，造成的磨損特性也是不同的，和磨粒粒度的分布有著一定的數(shù)量關(guān)系。

2.4 固體磨粒的沖擊速度對磨損特性的影響

不同的工況下，流體在流體機械內(nèi)部的流速是不一樣的，磨粒在流體中的速度不同對于流體機械的磨損特性也是有區(qū)別的，對于很多低壓低速的流體介質(zhì)來說，流體中含有的磨粒幾乎對流體機械沒有磨損，磨粒只是在碰到流體機械內(nèi)壁的時候發(fā)生了變形，并且很快得到了恢復(fù)，但是當磨粒的沖擊速度超過一定的數(shù)值的時候，對于流體機械的表面的磨損程度是成正比的，沖擊速度越大那么對流體機械磨損程度也就越嚴重，不同的材質(zhì)，這個比例系數(shù)也存在差異，實驗數(shù)據(jù)顯示，陶瓷材料的系數(shù)為3，而金屬的顯然要小于陶瓷材料為2.55。

2.5 沖擊時間對磨損特性的影響

顯然，沖擊時間越長對流體機械沖蝕的磨損情況也就越嚴重，沖擊時間是流體機械磨損特性中站著非常大比例，沖蝕磨損在受到磨粒沖蝕的前期并不會表現(xiàn)出來，這個過程中有著一個潛伏期的，隨著沖蝕情況的發(fā)生，流體機械的表面也發(fā)生了一定的磨損變化，這種變化也加劇了沖蝕的磨損程度，導(dǎo)致沖蝕磨損現(xiàn)象越來越嚴重。

2.6 工質(zhì)的溫度對磨損特性的影響

流體機械在工作時的溫度也會影響磨粒對流體機械的磨損特性，但是環(huán)境溫度對磨損特性的影響非常復(fù)雜，由于流體介質(zhì)的不同，流體介質(zhì)中含有的固體磨粒不同，以及流體機械材質(zhì)的不同，這些都會影響溫度對于磨損特性的影響，有的會隨著溫度的升高而升高，有的則會降低，而有的則顯示出對于溫度變化的惰性，幾乎和溫度變化無關(guān)。溫度升高導(dǎo)致磨損程度嚴重，主要原因可能是因為高溫下，改變了流體機械的材料的特性，降低了對于磨粒的屈服程度。而有的對溫度變化沒有明顯變化，是因為流體機械內(nèi)壁生成了一種氧化膜，一般情況下氧化膜都比較堅硬，氧化膜給流體機械提供了一層保護，反而提高了流體機械表面的抗磨損能力。

2.7 材料硬度對磨損特性的影響

這里討論的硬度包括了兩個方面，一種是磨粒材料的硬度，一種是流體介質(zhì)的硬度，硬度對于流體機械沖蝕磨損特性的影響主要表現(xiàn)在，這些磨粒和流體介質(zhì)的硬度與流體機械的表面的硬度的比值大小，對于塑性材料來說，當磨粒硬度與流體機械材料硬度比值為1.2的時候，沖蝕的磨損程度于比值呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，當兩者的比值比1.2小的時候，呈正相關(guān)關(guān)系，即隨著比值的增大，磨損程度也會隨著不斷的增大。

3 結(jié)語

總之，不同的工況下流體機械沖蝕的磨損特性是不同的，對于不同的磨粒以及其在不同的參數(shù)下影響流體機械的磨損特性，還要根據(jù)實際的工作出發(fā)，綜合分析不同工況下流體機械的磨損特性。

[1]龐佑霞,劉厚才,唐果寧等.基于流體機械工況的沖蝕磨損特性研究[J].機械工程材料,2004,28(12):36-38.

[2]楊霞.淺析不同工況下流體機械沖蝕的磨損特性[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013,(30):42-42.