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1 引言
气蚀是水力机械在清水条件下常见的失效形式。0Cr13Ni4Mo不锈钢是目前大中型水轮机叶片的首选材料。但由于我国大部分江河含泥沙量大,水轮机叶片通常使用1～2个汛期后就被破坏得非常严重(见图1),每年造成巨大的经济损失[1,2]。因此对气蚀的破坏分析就显得很有必要。由于气蚀失效较复杂,我们通过模拟仿真实验仅从微观的角度加以分析。图1 水轮机叶片的气蚀破坏实物图
2 试验内容及方法
取0Cr13Ni4Mo不锈钢试样按900°C淬火,630°C回火,590°C回火的工艺热处理后[3],安装到旋转圆盘气蚀设备[4]上进行模拟仿真试验。试样经长时间持续运转累积运行96h后卸下,采用1000-B型扫描电镜进行观察,并与相应的拉伸、冲击断口进行分析比较。
3 结果与分析
图2为0Cr13Ni4Mo钢经过一段时间气蚀试验后,试片表面发生的宏观变化情况,可以看到原先光滑的平面已出现毛糙并伴有许多针尖大的小孔,并(a)原始样 (b)气蚀样图2 气蚀前后宏观变化(a)(b)图3 0Cr13Ni4Mo钢的气蚀微观形貌有明显的水流冲刷痕迹和许多气蚀坑。将试片某一局部放大,得到图3所示的照片。高倍下可以看到气蚀坑从基体剥落时的形貌主要是韧窝,还有一部分准解理。这说明材料在气蚀作用下的断裂(剥落)机制主要为韧窝加准解理,且这两种机制的形成都反映剥落前有塑性形变。另外,气蚀破坏形貌与钢的拉伸和冲击断口形貌有某些相似,特别是与冲击断口形貌更为相似,见图4。这说明气蚀破坏中冲击载荷起一定的作用。
4 结论
(1)不锈钢0Cr13Ni4Mo在气蚀作用下的剥落机制主要是韧窝加准解理的混合型,且剥落形貌近似于冲击载荷的形貌特征。
(a)拉伸试样断口
(b)冲击试样断口图4 0Cr13Ni4Mo钢的断口微观形貌
(2)气蚀过程中,冲击载荷起一定的作用。
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