Материалы, свойства материалов кавитационному воздействию)

В гл. 8 были рассмотрены механизмы кавитационного разрушения материалов. При рассмотрении процесса разрушения в целом необходимо учитывать также сопротивление материала воздействию кавитации, которое зависит от состава и свойств материала. Таким образом, большое значение имеет вопрос о связи свойств материала с его способностью противостоять кавитационной эрозии. Одна из целей данной главы состоит в рассмотрении вопроса о сопротивлении материалов воздействию кавитации и суммированию известных данных о роли свойств материалов. Другим аспектом является практическая проблема количественного определения прочности материалов при воздействии кавитации, что требует проведения ускоренных испытаний и определения относительного сопротивления материалов. Поэтому вторая цель данной главы состоит в рассмотрении различных экспериментальных установок для определения относительной прочности материалов и сравнении результатов испытаний некоторых широко применяемых материалов. [c.428]

Совершенно очевидно, что материалы, обладающие разными свойствами, по-разному сопротивляются кавитационному воздействию. Из широкого разнообразия физических, химических, электрических и термодинамических свойств материалов такие свойства, как предел упругости, твердость, пластичность, упрочнение наклепом, зависимость свойств материала от температуры, модуль упругости, плотность, предел усталости, энергия деформации при разрушении, предельная работа деформации, теплопроводность, температура плавления, химическая инертность, сцепление окислов с поверхностью, кристаллическая структура и электропроводность, изучались исследователями ранее. Сочетая эти свойства с разными видами кавитационного воздействия, можно видеть, что число различных возможных комбинаций может быть огромным. Поэтому естественно сделать вывод, что вряд ли удастся найти единое объяснение всех причин кавитационного разрушения. Другой вывод состоит в том, что разрушение в конкретной системе твердое тело—жидкость начинается с наиболее слабого звена. Наконец, третий вывод состоит в том, что степень воздействия разных факторов, определяющих кавитационное разрушение, может меняться с изменением параметров течения жидкости. Следовательно, данный материал при разных условиях может подвергаться совершенно различным типам кавитационного разрушения. [c.429]

По всей вероятности, пока мы не узнаем больше о кавитационном процессе и некоторых свойствах используемых материалов, мы не сможем достаточно точно рассчитывать сопротивление материала кавитационному разрушению исходя из его свойств и зависимости от типа и интенсивности кавитации, соответствующих данному режиму течения. Поэтому сохранится потребность в непосредственном экспериментальном определении относительной прочности, но необходимо также иметь доказательства того, что кавитационное воздействие в лабораторных условиях по своим основным характеристикам подобно кавитационному воздействию в натурных условиях. В противном [c.429]

Обычные механические свойства материалов можно легко определить только при относительно медленном нагружении, в то время как нагружение при кавитационном воздействии характеризуется относительно большими скоростями. Сопротивление материалов часто зависит от скорости нагружения, причем влияние этого фактора различно для разных материалов. [c.440]

Вследствие этих и других факторов, как отмечалось выше, относительные свойства материалов в ряде случаев зависят от метода определения их сопротивления кавитационному воздействию [19, 20, 34, 72, 73]. В таких случаях совершенно невозможно достаточно точно предсказать условия кавитационного разрушения материалов исходя из их механических свойств. Для этого нужен, по-видимому, некий комплексный параметр, учитывающий свойства материала, условия эксперимента и свойства жидкости. Однако в настоящее время мы еще далеки от решения этой задачи. [c.440]

Как отмечалось выше, хорошо сопротивляются кавитационному воздействию очень твердые материалы, такие как стеллиты карбид вольфрама, инструментальные стали и другие подобные материалы. Для них практически без исключения справедливо правило, согласно которому с увеличением твердости возрастает сопротивление кавитационному воздействию. С другой стороны, резина и другие эластичные материалы при малой интенсивности кавитации обладают более высоким сопротивлением кавитационному воздействию, чем металлы, обладающие значительно лучшими механическими свойствами. Поэтому естественно сделать вывод, что при одних предельных условиях твердость (или высокая прочность, которая обычно пропорциональна твердости), а при других предельных условиях высокая эластичность обеспечивают высокую сопротивляемость материалов кавитационному воздействию. Однако в связи с тем, что кавитационные испытания в различных жидкостях дают подчас различные результаты относительной прочности для одних и тех же материалов, то необходим также некоторый параметр, связывающий свойства жидкости и материала [25, 27, 28]. В этом направлении пока еще сделано мало, однако, согласно имеющимся данным, такой параметр должен, по-ви-димому, включать отношение акустических сопротивлений материала и жидкости [27, 72, 73]. [c.441]

Несмотря на некоторые необъяснимые отклонения, общая тенденция такова, что сопротивление материалов кавитационному воздействию возрастает пропорционально таким их механическим свойствам, как поверхностная твердость, прочность на растяжение, предел текучести, удлинение при разрыве, энергия деформации при разрушении и т. п., во всяком случае, для групп аналогичных материалов. Однако при сравнении материалов разных типов, например упругих металлов с хрупкими, металлов с керамикой, металлов с эластичными материалами и т. д., возможны большие отклонения. [c.443]

Влияние упрочнения наклепом на сопротивление материалов кавитационному разрушению. Этот эффект был обнаружен в СССР и оказался очень сильным в случае хромомарганцевых сталей [6], которые, как оказалось, обладают гораздо большим сопротивлением кавитационному воздействию, чем можно было бы ожидать исходя из их механических свойств. Это было подтверждено испытаниями в Мичиганском университете [31]. [c.443]

В табл. 9.14 представлено другое соотношение, предложенное Гарсиа [19]. Таблица составлена для группы очень твердых материалов, испытывавшихся на вибрационной установке в ртути. В ней сравниваются места, занимаемые материалами по твердости и по величине измеренной скорости глубины проникновения. Можно видеть, что между сопротивлением кавитационному воздействию и твердостью существует связь, а смещение материалов в ряду их относительных свойств не превышает двух мест. [c.537]

Резину н другие эластомеры, такие как полиуретан, используют для борьбы с кавитационным разрушением. Физические свойства этих материалов и прежде всего эластичность приводят к тому, что эти материалы способны быть повторными источниками ударной энергии без ее существенного поглощения. Небольшие количества этой энергии, которые поглощаются, преобразуются в тепло и это, вероятно, служит причиной разрушения резиновых покрытий при сильном кавитационном воздействии. Другими свойствами резины, которые также могут оказывать влияние на сопротивление кавитационному воздействию, являются износ-истирание и сопротивление абразивному износу. [c.304]

Рассматривая все известные разнообразные механизмы кавитационного разрушения твердой поверхности, не следует забывать, что во всех случаях важную роль играет механическое воздействие и что экспериментально подтверждена способность кавитации легко разрушать материалы с диэлектрическими свойствами, химически инертные и очень тугоплавкие. В связи с тем что некоторые из этих материалов обладают в то же время очень высокими механическими свойствами, такими, как прочность на разрыв, твердость и т. д., заключаем, что механическое воздействие само по себе может быть достаточно сильным, чтобы разрушить любой обычно применяемый материал. [c.421]

Подробное рассмотрение особенностей строения такого слоя, его свойств и законов трения выполнено A. . Ахматовым [3]. Активное воздействие граничных слоев даже в режиме преимущественно жидкостного трения приводит в ряде случаев к образованию коррозионных повреждений трущихся металлических поверхностей, а иногда и к кавитационным разрущениям. Те или иные виды повреждений будут определяться видом смазочного материала, конструкционными материалами и условиями эксплуатации. [c.314]

Как отмечалось выше, испытания материалов на сопротивление кавитационному воздействию стали проводиться в относительно широких масштабах в 30-х годах текущего столетия и проводятся до сих пор, причем больше всего данных получено в конце 60-х годов. Испытания проводились на установках разных типов, как вибрационных, так и гидродинамических, а в ряде случаев (как, например, в опытах Кнэппа, описанных в разд. 8.4 и 8.5) на полномасштабных машинах в натурных условиях. В табл. 9.1—9.14, приведенных в конце этой главы, собраны заимствованные из разных источников данные, которые были получены на разных установках для самых разнообразных материалов. По возможности приводятся состав и механические свойства материалов. Эти таблицы содержат большой объем полезных справочных данных, в том числе таких, которые иллюстрируют результаты различных типов испытаний. Дополнительные данные, особенно о работах, проведенных в СССР, читатель найдет в обзоре Гликмана [24а]. [c.478]

Так как разрушениям при кавитационных воздействиях подвержены только поверхностные слои металла, входящие в непосредственный контакт с потоком жидкости, то имеется возможность увеличить срок службы за счет создания на поверхности детали износостойкого слоя необходимой толщины. При этом несущую конструкцию, воспринимающую механические нагрузки, целесообразно выполнять из технологичных недефицитных материалов (например, низколегированных сталей с повышенными механическими свойствами), а места, где наиболее вероятно появление кавитационных разрушений, покрывать защитным износостойким слоем. Это дает возможность при минимальном расходе высоколегированных до1рогостоящих нержавеющих сталей повы-шть эксплуатационную надежность деталей проточного тракта. В настоящее время имеется определенный опыт применения плакированных, облицованных и наплавленных деталей гидротурбин. [c.41]

Основная трудность в понимании процесса кавитационной эрозии обусловлена сложностью процесса разрушения материалов, так как помимо различных видов кавитационного воздействия определенное влияние могут оказывать и различные свойства материалов. В гл. 8 были описаны четыре вида кавитационного воздействия 1) Механическое, характеризуемое сильными, относительно редкими ударами, обусловленными действием микроструек жидкости или ударных волн, распространяющихся в жидкости. 2) Химическое, усиливаемое действием высокого [c.428]

Эксперименты, проведенные в Хольтвудской лаборатории, показали, что сопротивление кавитационному воздействию материалов приблизительно с одинаковыми механическими и коррозионными свойствами, но разными размерами зерен, увеличивается с уменьшением размеров зерен. В одном случае [5] для медных сплавов было отмечено повышение прочности в 11 раз, а в другом — для бронз в 2 раза [48]. Аналогичная тенденция отмечена в испытаниях, проведенных в Мичиганском университете [73]. [c.433]

Эрозионному изнашиванию подвергаются детали арматуры, осуществляющие дросселирование жидкости плунжеры и седла дросселирующих и регулирующих клапанов. Износ при эрозионном изнашивании завися г от режима дросселирования жидкости, продолжительности его воздействия на деталь и свойств материала детали. Различают процессы щелевой или ударной эрозии и кавитацио-ного разрушения металла. При щелевой эрозии поверхности деталей размываются действием струи влажного пара, проходящего с большой скоростью через щель, образуемую седлом и плунжером. При ударной эрозии материал разрушается под действием ударов капель воды о поверхность детали.При кавитационном режиме движения в потоке быстро движущейся среды и соответствующих гидродинамических условиях образуются пузырьки (пустоты) в результате нарушения ее сплошности. Схлопываясь, они создают местные гидравлические удары, которые, действуя на металлическую поверхность, разрушают ее. Увеличение срока службы деталей при эрозионном изнашивании достигается изменением режимов работы арматуры уменьшением скорости среды в дросселирующем сечении путем снижения перепада давлений, применением ступенчатого (каскадного) дросселирования, увеличением сечения отверстий для прохода среды, применением эрозионно-стойких материалов. [c.264]

При пластической деформации выступов фактическая площадь контакта почти не зависит от микрогеометрии поверхности, определяется пластическими свойствами материала и нагрузкой. Упрочнение материала влияет на формирование фактической площади контакта, которая при этом зависит от нагрузки в степени. В случае упругой деформации шероховатостей на фактическую площадь контакта существенно влияют геометрические характеристики шероховатости и упругие свойства материала. Площадь в этом случае пропорциональна нагрузке в степени 0,7-0,9. В узлах трения механизмов и машин, приборов, оборудования часто встречающимися видами износа являются адгезионный, абразивный, коррозионно-механический, усталостный. При воздействии потока жидкости, газа возникает эрозионное изнашивание. Наиболее интенсивно изнашивание протекает в процессе заедания. Поверхности трения при малых колебательных пере-меще1шях подвержены фреттинг-коррозии. В условиях кавитационных явлений возникает кавитационное изнашивание. Механизм физико-химических связей при адгезионном взаимодействии и интенсивность поверхностного разрушения непосредственно зависят от величины площади фактического контакта [4, 8—12]. Значительный рост интенсивности изнашивания наблюдается при достижении контактными нормальными напряжениями величины предела текучести материала. Энергия адгезии увеличивается при физически чистом контакте материалов и совпадающих по структуре материалов. Гладкость поверхностей способствует увеличению адге- [c.158]

В заключение по настоящему разделу следует упомянуть, что борьба с кавитационно-эрозионным разрушением деталей гидромашин не исчерпывается разработкой определенных конструкций и выбором соответствующих эрозионностойких материалов и покрытий. Одним из путей исследования явлений износа и защиты изделий является изучение свойств рабочей жидкости, в том числе и воды, и применение специальных добавок поверхностно-активных веществ, снижающих ударный фактор механического воздействия жидкости на металл. Эти вопросы рассматриваются в специальной литературе и, в частности, в работе И. Н. Богачева и Р. И. Минца [10]. [c.117]

В жидкостях основную роль при воздействии УЗ на вещества и процессы играет кавитация. На кавитации основан получивший наибольшее распространение УЗ-вой технологич. процесс — очистка поверхностей твёрдых тел. В зависимости от характера загрязнений большее или меньшее значение могут иметь различные проявления кавитации — микроударные воздействия, микропотоки, нагревание. Подбирая параметры звукового поля, физико-химич. свойства моющей жидкости, её газосодержание, внешние факторы (давление, темп-ру), можно в широких пределах управлять процессом очистки, оптимизируя его применительно к типу загрязнений и виду очищаемых деталей. Разновидностью очистки является травление в УЗ-вом поле, где действие УЗ совмещается с действием сильных химич. реагентов. УЗ-вая металлизация и пайка основывается фактически на УЗ-вой очистке (в т. ч. и от окисной плёнки) соединяемых или металлизируемых поверхностей очистка обусловлена кавитацией в расплавленном металле. Степень очистки при этом так высока, что образуются соединения неспаиваемых в обычных условиях материалов, напр, алюминия с другими металлами, различных металлов со стеклом, керамикой, пластмассами. В процессах очистки и металлизации существенное значение имеет звукокапиллярный эффект, обеспечивающий проникновение моющего раствора или расплава в мельчайшие трещины и поры и сам обусловленный кавитацией. Этот эффект применяется для пропитки пористых материалов, он оказывает влияние на все процессы УЗ-вой обработки твёрдых тел в жидкостях. У 3-вое диспергирование твёрдых тел происходит под действием микроударных волн, возникающих при захлопывании кавитационных пузырьков, и заметно интенсифицируется при наличии статич. давления. Этим способом можно получать мелкодисперсные материалы, необходимые для лабораторных анализов минералов и применяемые в фармацевтич., химич., лакокрасочной и др. отраслях промышленности, а также играющие большую роль в порошковой металлургии. Размер получаемых при УЗ-вом диспергировании частиц может составлять доли мкм. Аналогичным процессом для жидкости является процесс эмульгирования также обусловленный кавитацией и обеспечивающий получение стойкпх однородных мелкодисперсных эмульсий (минимальный размер капель достигает 0,1 мкм). [c.19]

Кавитационно-абразивный способ обработки целесообразен в тех случаях, когда прочность сцепления пленки загрязнений с поверхностью близка к прочностпым характеристикам основного материала. Заусенцы на деталях можно рассматривать как одну из разновидностей подобных пленок. Удалять заусенцы в абразивной суспензии под повышенным статическим давлением при воздействии ультразвука впервые было предложено в работе [65]. Для наибольшей производительности процесса необходимо, чтобы физические свойства жидкости обеспечивали высокий уровень кавитационноабразивного разрушения для оптимального отношения Р Ра- В качестве абразивных материалов следует использовать обладаюш ие хорошими режущими свойствами синтетические алмазы, карбид бора, карбид кремния, диамантин. [c.219]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...