不同工况下流体机械冲蚀的磨损特性研究

张忠瑞(安徽华塑股份有限公司,安徽 定远 233290)

流体机械在工业机械中有着非常重要的地位，不同的工作环境的对于流体机械冲蚀的磨损特性是不一样的，而针对不同工况下的流体机械磨损特性的研究也越来越受到相关技术人员的重视，希望能通过研究减少对流体机械的磨损和破坏。

1 冲蚀磨损的定义

冲蚀磨损是指材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象。其定义可以描述为固体表面同含有固体粒子的流体接触做相对运动其表面材料所发生的损耗。携带固体粒子的流体可以是高速气流，也可以是液流，前者产生喷砂型冲蚀，后者则称为泥浆型冲蚀。冲蚀磨损是现代工业生产中常见的一种磨损形式，是造成机器设备及其零部件损坏报废的重要原因之一。

2 不同工况下影响磨损特性的因素

流体机械工作的不同工况，具体表现在磨粒的性质或者流体机械的运行参数的不同，我们主要考虑不同的参数对于流体机械的磨损特性的研究。

2.1 磨粒的形状对于磨损特性的影响

流体介质在流体机械中传输的过程中，由于流体中含有的固体介质的形状不同，对于流体机械的磨损特性也是不同的。棱角较多的磨粒对于流体机械的冲蚀磨损特性显然更加的厉害，相比于圆形或者椭圆形的磨粒来说，棱角较多的磨粒在同样的冲击角度和冲击力的条件下，是圆形或者椭圆形磨粒对流体机械冲蚀磨损特性的好几倍，通过实验室设备具体测试和观察我们得知，棱角较多的磨粒对流体机械的表面作用力的表现形式主要是切削的方式，而圆形或者椭圆形的磨粒着是犁削变形的方式。

2.2 冲击角度对于磨损特性的影响

这个冲击角度实质上指的是流体中的固体粒子冲击流体机械的表面时，固体磨粒的冲击方向和流体机械磨损面形成的夹角，显然，冲击角度的不同对于流体机械的磨损特性也是不一样的，当然并不是角度越接近于垂直方向磨损就越严重，研究表明，冲击角度对于机械的磨损程度还跟流体机械磨损面的材料有关。对于脆性材料来说，当冲击角度越接近90°的时候，磨损的程度也就越严重，而对于塑性材料来说，冲击角度则有一个中间值，这个值随着不同材料有着一定的差异性，一般在15°-40°之间，造成的磨损情况最为严重。

2.3 磨粒的粒度对磨损特性的影响

磨粒粒度是流体机械冲蚀中造成磨损的重要参考因素，磨粒粒度对于流体机械的磨损特性的影响具体表现在两个方面。首先是磨粒的尺寸的区别，尺寸的不断增大对流体机械的磨损程度不是一直增高的，存在一个临界值，这个临界值现象的存在就是磨粒的尺寸效应。脆性材料的不同也会影响磨粒对流体机械的磨损程度，不同的脆性材料受到同一种磨粒的冲蚀的时候，其磨损特性也是不同的，遵循的变化规律也是有区别的。除了上述这两种情况的区别，同一种磨粒的由于粒度分布的不同，造成的磨损特性也是不同的，和磨粒粒度的分布有着一定的数量关系。

2.4 固体磨粒的冲击速度对磨损特性的影响

不同的工况下，流体在流体机械内部的流速是不一样的，磨粒在流体中的速度不同对于流体机械的磨损特性也是有区别的，对于很多低压低速的流体介质来说，流体中含有的磨粒几乎对流体机械没有磨损，磨粒只是在碰到流体机械内壁的时候发生了变形，并且很快得到了恢复，但是当磨粒的冲击速度超过一定的数值的时候，对于流体机械的表面的磨损程度是成正比的，冲击速度越大那么对流体机械磨损程度也就越严重，不同的材质，这个比例系数也存在差异，实验数据显示，陶瓷材料的系数为3，而金属的显然要小于陶瓷材料为2.55。

2.5 冲击时间对磨损特性的影响

显然，冲击时间越长对流体机械冲蚀的磨损情况也就越严重，冲击时间是流体机械磨损特性中站着非常大比例，冲蚀磨损在受到磨粒冲蚀的前期并不会表现出来，这个过程中有着一个潜伏期的，随着冲蚀情况的发生，流体机械的表面也发生了一定的磨损变化，这种变化也加剧了冲蚀的磨损程度，导致冲蚀磨损现象越来越严重。

2.6 工质的温度对磨损特性的影响

流体机械在工作时的温度也会影响磨粒对流体机械的磨损特性，但是环境温度对磨损特性的影响非常复杂，由于流体介质的不同，流体介质中含有的固体磨粒不同，以及流体机械材质的不同，这些都会影响温度对于磨损特性的影响，有的会随着温度的升高而升高，有的则会降低，而有的则显示出对于温度变化的惰性，几乎和温度变化无关。温度升高导致磨损程度严重，主要原因可能是因为高温下，改变了流体机械的材料的特性，降低了对于磨粒的屈服程度。而有的对温度变化没有明显变化，是因为流体机械内壁生成了一种氧化膜，一般情况下氧化膜都比较坚硬，氧化膜给流体机械提供了一层保护，反而提高了流体机械表面的抗磨损能力。

2.7 材料硬度对磨损特性的影响

这里讨论的硬度包括了两个方面，一种是磨粒材料的硬度，一种是流体介质的硬度，硬度对于流体机械冲蚀磨损特性的影响主要表现在，这些磨粒和流体介质的硬度与流体机械的表面的硬度的比值大小，对于塑性材料来说，当磨粒硬度与流体机械材料硬度比值为1.2的时候，冲蚀的磨损程度于比值呈现负相关关系，当两者的比值比1.2小的时候，呈正相关关系，即随着比值的增大，磨损程度也会随着不断的增大。

3 结语

总之，不同的工况下流体机械冲蚀的磨损特性是不同的，对于不同的磨粒以及其在不同的参数下影响流体机械的磨损特性，还要根据实际的工作出发，综合分析不同工况下流体机械的磨损特性。

[1]庞佑霞,刘厚才,唐果宁等.基于流体机械工况的冲蚀磨损特性研究[J].机械工程材料,2004,28(12):36-38.

[2]杨霞.浅析不同工况下流体机械冲蚀的磨损特性[J].科技创新与应用,2013,(30):42-42.