Кавитационная эрозия металла

Для исследования кавитационной эрозии металлов и неметаллических покрытий В последнее время начинают применяться установки с вращающимся диском (УВД) [Л. 5]. В литературе конструкция таких установок и методика изучения эрозии описаны недостаточно, поэтому целесообразно остановиться на этом более подробно. [c.12]

Результаты опыта показывают, что потери массы алюминиевого образца увеличиваются с ростом частоты вращения диска и уменьшением количества подаваемого в кавитационную зону воздуха (рис. 47). При подаче 9 см /с воздуха потери металла от эрозии уменьшаются почти в 4 раза по сравнению с результатами при обычных испытаниях, а при подаче 20 см /с воздуха кавитационная эрозия металла прекращается. Это явление, по-видимому, объясняется тем, что в зоне, куда подается воздух, образуются более крупные по размерам кавитационные полости. В связи с этим в подобных условиях кавитационному росту подвергаются не микроскопически малые полости, содержащие ничтожное количество газа, а крупные кавитационные пузыри. Эти крупные полости при сокращении не способны вызвать разрушение металла, но, как правило,- приводят к значительному снижению к. п. д. машины или агрегата. Тем не менее процессы насыщения воздухом об-ласти кавитации, в которой развивается гидроэрозия металла, юо представляют большой практический интерес. so [c.80]

Таким образом, влияние газонасыщенности воды на развитие кавитационной эрозии металлов, несомненно, связано с химической активностью газов и коррозионной стойкостью испытуемого материала. Однако наиболее существенным является вопрос изменения механических свойств самой жидкости например, известно, что с увеличением газонасыщенности уменьшается объемная прочность жидкости. [c.82]

Кавитационная эрозия металла 26 Капельный унос примесей паром 115, 127 [c.307]

Если условия движения жидкости таковы, что образуются постоянные области высоких и низких (ниже атмосферного) давлений, на поверхности раздела сред металл—жидкость образуются и лопаются пузырьки. Это явление называется кавитацией. Разрушение металла вследствие кавитации называется кавитационной эрозией или кавитационным разрушением. Разрушение металла можно воспроизвести в лабораторных условиях, подвергая [c.115]

Рис. 6.11. Устойчивость металлов к кавитационной эрозии в лабораторных испытаниях. Вода из Кембриджа, комнатная температура [18а]

Кавитационная эрозия. Процесс кавитации можно себе представить как возникновение полостей, каверн, вакуумно-газовых пузырьков в жидкости и последующее сокращение их и исчезновение. При замыкании этих полостей у поверхности металла, [c.86]

Движение жидкостей или газов может вызвать повреждение защитной пленки на отдельных участках и, таким образом, способствовать образованию анодных участков, где будет происходить усиленная коррозия (например, струйная коррозия меди и ее сплавов, погруженных в движущуюся воду), или даже являться причиной механического повреждения самого металла (как при кавитационной эрозии). В любом случае может происходить преждевременное повреждение покрытия, вызывающее коррозию основного слоя с последующей потерей защитных слоев или даже полным отслаиванием покрытия с большой площади изделия, так как коррозия приводит к повреждению покрытия, за счет чего увеличивается турбулентность в движущейся среде. Выбором соответствующего покрытия (например, никеля или никелевых сплавов) или изменением геометрической формы изделия можно уменьшить воздействие эрозии. [c.131]

Кавитационная эрозия появляется в виде местного разрушения деталей гидромашин и других устройств, металлические поверхности которых соприкасаются с потоком жидкости, когда в нем возникают местные падения давления. Причиной разрушения металла являются повторные местные ударные нагружения, возникающие при захлопывании каверн, причем разрушение происходит, по-видимому, при одновременном влиянии и фактора коррозии. В исследованиях, посвященных этому виду изнашивания, изучались само явление кавитации (в частности, влияние масштабного фактора), механизм разрушения и изыскание сплавов, стойких по отношению к кавитационной эрозии, условия изнашивания при кавитации в гидроабразивном потоке. [c.50]

В результате кавитационной эрозии острые кромки отверстия обычно быстро разрушаются, что сопровождается изменением коэффициента расхода. Для снижения этого разрушения применяют твердые и стойкие против окисления металлы. [c.74]

Электрохимическая теория кавитационной эрозии обязана своим появлением тому, что в отдельных случаях, как было установлено наблюдениями, катодная защита в известной мере снижает интенсивность разрушения деталей гидромашин. Последователи электрохимической теории [94, 97] считали, что основной причиной кавитационного разрушения служат электролитические и химические явления, происходящие в кристаллической решетке металла под воздействием кавитации. Однако кавитационная эрозия таких материалов как стекло, нейлон, бакелит и другие, отмеченная впоследствии, поставила под сомнение основные положения электрохимической теории. [c.27]

Рис. 17. Влияние температуры воды на интенсивность кавитационной эрозии различных металлов

Кавитационная стойкость металлов в рассматриваемых опытах оценивалась величиной обратной уменьшению объема образца в единицу времени. Результаты испытаний в виде графиков, показывающих зависимость кавитационной стойкости материалов от их основных механических свойств, изображены на рис. 27. Из приведенных данных следует, что ни один из рассмотренных параметров в отдельности не является определяющим с точки зрения сопротивляемости материала кавитационной эрозии. В связи с этим было высказано предположение, что кавитационная стойкость материала должна быть связана с его способностью противостоять деформации, и величина энергии деформации, соответствующая предельному состоянию, была выбрана в качестве параметра. [c.67]

Рис. 47. Критические, с точки зрения начала кавитационной эрозии, значения скоростей в зависимости от усталостной прочности металла

Ранее уже говорилось, что разрушение металлов при кавитационной эрозии следует рассматривать как результат сложного совместного воздействия на их поверхность гидромеханических усилий, возникающих при кавитации, и коррозионных процессов. Соотношения между этими факторами могут меняться в очень широких пределах в зависимости от характеристик потока и агрессивности среды, но во всех случаях они, как бы дополняя друг друга, увеличивают интенсивность разрушения. [c.158]

Однако, по мнению самого автора работы, мастику указанного состава пока нельзя рекомендовать в качестве эффективной защиты против кавитационной эрозии. Недостатком мягкой амортизирующей пленки является то, что она сравнительно слабо сцепляется с металлом и с основной заделочной массой. В процессе ра боты насоса пленка стягивается в складки без видимой закономерности. Если при этом она и не срывается с лопастей рабочего колеса, то держится на них все же непрочно. Кроме того, складчатая поверхность пленки увеличивает шероховатость лопаток. [c.174]

Следовательно, в данном случае может иметь место кавитационное разрушение металла сопла. Однако с ростом скорости капель определяющее значение будет приобретать эрозия вследствие их ударного воздействия. [c.99]

Введение ультразвуковых упругих колебаний в расплавленный припой дает возможность разрушить поверхностную пленку в местах пайки, покрытых припоем. Вследствие этого припой смачивает металл, чем обеспечивается возможность получения качественного соединения. Механизм разрушения поверхностной пленки состоит в возникновении явления кавитации в расплавленном припое. При введении ультразвуковых упругих колебаний в расплавленный припой в нем образуется много кавитационных пузырьков. При смыкании пузырьков на поверхности металла возникает кавитационная эрозия, вследствие чего и происходит удаление поверхностных окисных пленок. Принцип получения ультразвуковых колебаний описан в разд. 14. [c.120]

Относительно низкая стойкость чугунных гильз обусловлена особенностью структуры серого чугуна, а также условиями работы и охлаждения гильзы цилиндра. Кавитационная эрозия охлаждаемой водой поверхности чугунной гильзы начинается на участках, расположенных против окон перепуска охлаждающей воды из одного отсека рубашки в другой. Уменьшение площади сечения потока в этих местах приводит к резкому увеличению скорости движения воды и, следовательно, резкому снижению давления. Это приводит к образованию в потоке кавитационных пузырей. При входе охлаждающей воды в отсек рубашки, т. е. в область с повышенным давлением, образовавшиеся пузыри сокращаются на охлаждаемой поверхности гильзы. Быстрое сокращение кавитационных пузырей сопровождается гидравлическими ударами, вызывающими разрушение металла на поверхности гильзы. [c.20]

На основании своих опытов Уилер [81 ] предложил следующую гипотезу, объясняющую механизм эрозии металлов при кавитации. По его мнению, в таких условиях возникают высокие местные давления, способные вызвать в микрообъемах металла пластическую деформацию и местную концентрацию напряжений. Значительная часть работы деформации переходит в тепло, в результате в микрообъемах металла резко возрастает местная температура. Кроме того, местная температура может сильно возрасти (теоретически до нескольких тысяч градусов) в результате сокращения кавитационного пузырька. В этих условиях при наличии агрессивной среды образуются окислы, которые препятствуют свариванию смещенных объемов металла. Развитие такого процесса приводит к образованию аморфной смеси, состоящей из массы металла и его окислов. Смесь отделяется от поверхности при эрозии, и на этом месте снова образуются такие же продукты износа. Подобное представление о роли коррозии и механизме кавитационного разрушения металлов нуждается в более глубоких и тонких экспериментальных исследованиях. [c.71]

Методике исследое.ания кавитационной эрозии металлов был посвящен доклад А-6 М. С. Плессе (США). Автор отмечает, что обычно принимаемая методика исследования кавитационной эрозии материалов магни-тострикционным методом имеет тот недостаток, что время проведения исследований значительно меньще того времени, в течение которого материал будет подвергаться кавитации в действительности. Вследствие этого такие ускоренные испытания на кавитационную эрозию при постоянной кавитации, имеющей место в течение всего периода испытания, могут дать ошибочные результаты в случае, если кавитация происходит в химически активной среде, так как будет переоценка физических сторон процесса в ущерб химическим, для развития которых требуется надлежащее время. [c.124]

Рассмотрим этот случай более детально. При медленном растяжении величина может быть подсчитана в соответствии с уравнением (III, е) и выражена через напряжение, или деформацию, относительный объем или плотность. Между всеми этими величинами имеются однозначные зависимости. Следовательно, в этом случае имеется определенное всестороннее растягивающее напряжение (или объемное расширение, относительный объем, плотность), при котором материал разрушится. Как сказано выше, это всестороннее растягивающее напряжение равно молекулярным или атомным силам сцепления. Соответственно для непористых материалов прочность при всестороннем растяжении должна быть очень высокой. В классической гидродинамике принимается, что жидкости не имеют такой прочности, однако Пойнтинг и Томсон (1929 г.), исходя из термодинамического рассмотрения, оценили, что прочность воды при всестороннем растяжении равна около 25 ООО am, а Ван дер Ваальс вычислил из своего уравнения величину, равную приблизительно 10 ООО am. Рейнольдс нашел из действительного эксперимента, что вода может выдерживать без разрушения растяжение около 5 am. В письме (1943 г.) я предположил, что хорошо известное явление кавитационной эрозии металлов может быть следствием отрыва частиц металла водой, прежде чем достигается ее собственная прочность при растяжении. Это означало бы, что прочность металла при всестороннем растяжении ниже, чем воды. В ответ на мое письмо, Сильвер (Silver, 1943 г.) указал, что разрушение жидкости происходит благодаря... образованию пузырьков пара. Образование полостей, заполненных паром, вокруг ядер не позволяет достигнуть полной прочности на растяжение, что косвенно подтверждает расчетное значение прочности на растяжение для жидкости в замкнутом пространстве . Это означает, что жидкость в действительности не является непористым телом, она содержит микроскопические полости, вокруг которых имеется концентрация напряжений. Теперь, если даже жидкость в действительности имеет поры, молекулы которой легко затекают внутрь пор, уменьшая и закрывая их, то тем более это нужно предположить относительно твердых тел, где поры, образующиеся в процессе формирования, являются устойчивыми. Следовательно, в то время как теоретически сцепление может быть очень высоким, в действительности, ввиду наличия пор и трещип, прочность при всестороннем растяжении будет сравнительно низкой. [c.122]

В последнее время многие исследователи склоняются к тому, что кавитационная эрозия металла является следствием чисто механических ударов, которые воян1жают при быстром захло- [c.17]

Кавитационная эрозия металла. При нормальных условиях работы за время, необходимое для большинства операций очистки, значительной эрозии металлической поверхности не наблюдается и возможности эрозии в этих случаях можно даже не учитывать. При длительном воздействии на поверхности металла образуются медьчайшие углубления в виде перевернутой греческой [c.132]

В некоторых случаях при очень быстром движении коррозионной среды или при сильном ударном механическом действии ее на металлическую поверхность наблюдается усиленное разрушение не только защитных пленок, но н самого металла, называемое кавитационной эрозией. Такой вид разрушения металла наблюдается у лопаток гидравлических турбин, лопаете пропеллерных мешалок, труб, втулок дизелей, быстро-ходшчх насосов, морских гребных винтов и т. п. Разрушения, вызываемые кавитационной эрозией, характеризуются появлением в металле трещин, мелких углублений, переходящих в раковины, и даже выкрашиванием частиц металла. С увеличением а1-рессивности среды кавитадиоппая устойчивость конструкционных металлов и сплавов понижается. Кавитационная устойчивость металлов и сплавов в значительной степени зависит не только от природы металла, но н от конфигурации отдельных узлов машин и аппаратов, их конструктивных особенностей, распределения скоростей потока жидкостей и др. Известно также, что повышение твердости металлов повышает их кавитационную стойкость. Этим объясняется, что для борьбы с таким видом разрушения обыч)ю применяют легированные стали специальных марок (аустенитные, аустенито-мартенситные стали и др.), твердость которых повышают путем специальной термической обработки. [c.81]

Эрозионное разрушение материалов можно разделить на четыре основных вида газовую, кавитационную, абразивную и электрическую [681. По этому принципу газовая коррозия представляет собой явление разрушения металлов под действием механических и зепловых сил газовых молекул кавитационная эрозия вызывается действием парогазовых пузырьков и капелек жидкости абразивная эрозия проявляется при воздействии на магернал мелких частичек повышенной твердости электрическая эрозия вызывает разрушение металла под действием электрических сил. [c.86]

При очень быстром движении среды возможна так называемая кавитационная эрозия, когда под действием сильных ударов жидкости о поверхность металла разрушаются не только поверхностные пленки, но и сама поверхность. Кавитавдонная эрозия бывает на лопастях гидравлических турбин, быстроходных насосов, гребных винтов морских судов и т. п. [c.36]

Щелевая эрозия, как показывают опыты, зависит прежде всего от параметров среды, определяющих кавитационные повреждения металлов. Опыты, проведенные фирмой Крафтверк унион [179] показали значительное влияние температуры воды на унос металла. На рис. 8.20 приведены результаты исследований стали четырех марок в широком диапазоне изменения начальной температуры воды. Как видно из графиков, максимальная скорость эрозии достигается в области между температурами насыщения, соответствующими начальному 6 и конечному 5 давлениям воды, т. е. в зоне, где в результате расширения и ускорения воды возможно местное вскипание и образование кавитационных каверн. Существенного уменьшения щелевой эрозии можно добиться за счет добавок в воду гидрофобных присадок (ПАВ), в частности октадециламина (см. гл. 9). [c.291]

В этой связи необходимо отметить доклад Уиллера [Л. 92] о его опытах на магнитострикционном приборе, проведенных с целью выяснить долю участия в эрозионном разрушении механического и химического факторов. Опыты проводились в воде, в растворе КС1 и в толуоле, в котором обычная коррозия металлов не наблюдается. При рассмотрении механизма кавитационной эрозии Уиллер предлагает различать два случая 1) в некоррозионной жидкости ударные давления при разрушении кавитационных пузырей (если сила удара выше предела текучести) вызывают деформации сдвига на микроучастках, особенно у границ зерен, что в конечном счете приведет к выкрашиванию зерен. Он допускает возможность местного повышения температуры под воздействием кавитационных ударов 2) в химически активных коррозионных жидкостях при определенных условиях доля потерь веса от коррозии якобы может достигать до 50% полной потери веса образца при эрозии. Однако Уиллер признает, что при интенсивной [c.57]

К настоящему времени накоплен большой фактический материал в отношении кавитационной стойкости различных металлов. Однако пользование этими опытными данными чрезвычайно затруднено, поскольку они дают представление об относительной кавитационной стойкости какого-либо материала и не позволяют сделать количественную оценку. В то же время нужда в числовом парад-гетре, характеризующем сопротивляемость материала кавитационной эрозии, огромна. В связи с этим неоднократно предпринимались попытки увязать кавитационную стойкость материала, с его механическими свойствами. В ряде опытов [4, 5, 11, 100] было установлено, что кавитационная стойкость металлов в общем возрастает с увеличением их твердости, предела прочности, предела текучести, и т. д., однако четко выраженной зависимости кавитационной стойкости от этих количественных параметров установить не удалось. [c.66]

В результате последовательных лабораторных и натурных испытаний получено достаточно много данных, характеризующих кавитационную стойкость различных конструкционных металлов и сплавов (см. 7). Тем не менее выбор материала для деталей проектируемой гидравлической машины в каждом конкретном случае является делом очень сложным, так как действительные условия, в которьих будет работать этот материал, часто остаются неизвестными, и конструктору приходится пользоваться данными по эксплуатации подобных по типу и размеру машин или результатами лабораторных исследований. 1з-за незнания истинного механизма кавитационной эрозии и ошибок в определении момента возникновения кавитации и степений ее развития возможны неправильные решения. Следовательно, в настоящее время нет единой методики выбора [c.162]

Помимо указанных существуют и другие мнения о механизме кавитационной эрозии. Например, высказывается предположение, что кавитационное разрушение определяется прежде всего коррозионными и электрохимическими процессами. При этом роль механических нагрузок, возникающих при замыкании кавитационных пу зырьков, сводится только к удалению продуктов коррозии (окисных пленок) с поверхности металла. Имеются также мнения, что эрозия при Кавитации есть результат молекулярно-физических явлений, вибраций зерен и кристаллов с выкрашиванием межзеренного вещества и др. [c.11]

У радиально-осевых гидротурбин кавитационная эрозия наблюдается на тыльной стороне лопастей в районе выходной кромки (рис. 10 и 17) и на фундаментных кольцах. Значительно реже эрозии подвергаются лопатки направляющего аппарата и входные кромки лопастей. В результате профильной кавитации очень интенсивно разрушается металл в районе выходной кромкй [c.26]

Следует особо подчеркнуть, что в натурных условиях все названные виды эрозии взаимосвязаны друг с другом и действуют одновременно. Попадание капли,, движущейся с большой скоростью, на поверхность лопатки является причиной начала кавитации, Микроударное воздействие капли о поверхность металла изменяет его электрический потенциал в месте удара, что стимулирует электрохимическую коррозию в присутствии электролита. Образовавшееся в месте удара микронарушение рельефа поверхности (язва) облегчает образование вихря при растекании следующей капли, попавшей на это место, что в свою очередь способствует образованию новой кавитационной полости. Ее захлопывание вызывает кавитационную эрозию. Так, в упрощенном виде можно представить взаимовлияние и взаимосвязь указанных выше трех явлений (удар капли, возникновение кавитационной полости и изменение [c.140]

Многие детали машин, работающие в контакте с быстро текущим потоком жидкостей (например, лопасти турби ны гидростанций, судовые гребные винты, лопасти насо сов, системы охлаждения различных агрегатов и т п), подвергаются кавитационной эрозии Под воздействием многократных и гидравлических ударов, локализованных в микрообъемах поверхности, происходит пластическая деформация, а затем и разрушение, эрозия металла Высокая способность марганцевого аустенита к де формационному упрочнению использована при разработ ке хромомарганцевых нестабильных аустенитных сталей с высокой кавитационной стойкостью И Н Богачев с сотрудниками показали, что наибольшим сопротивлением кавитационному воздействию обладают метастабильные аустенитные стали на хромомарганцевой основе, которые под влиянием внешней нагрузки претерпевают мартенсит ное превращение [c.248]

Различа1от следующие виды эрозии металлов кавитационную, газовую, абразивную, электрическую, ультразвуковую и др. [c.5]

Выдвинуто много гипотез, объясняющих механизм разрушения металла на микроучастках, где происходит замыкание кавитационных каверн. Так, в соответствии с представлением о термоэлектрических эффектах [15] полагают, что электрические токи могут возникать под действием высоколокализованных напряжений сжатия, когда появляются гидродинамические силы, действующие на микроскопические участки твердого тела при сокращении кавитационной полости. Особенно распространена гипотеза о значительном влиянии электрохимической коррозии на процесс кавитационного разрушения. Однако имеется много экспериментальных данных [34, 50], свидетельствующих о наличии кавитационной эрозии и в химически нейтральных средах, а также на материалах, не подвергающихся коррозии (стекло, пластмассы и т. п.). [c.25]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...