Кавитационное изнашивание — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Кавитационное изнашивание связано с нарушениями сплошности потока жидкости, движущейся с большой скоростью. На участках, где давление жидкости падает ниже давления насыщения паров, возникают пузырьки пара, воздуха, газа. В зоне повышенного давления кавитационные полости и пузырьки захлопываются с большой скоростью, вызывая микрогидравлические удары жидкости о поверхность детали и ее разрушение. Кавитация связана с неправильной конструкцией проходных каналов гидравлического устройства и отклонением режима работы от проектного. Нередко кавитационное изнашивание сочетается с эрозионным процессом, если поток жидкости или газа загрязнен механическими частицами. Эрозионно-кавитационному изнашиванию подвергаются детали гидравлической части насосов, гидроциклонные установки, фонтанная и газлифтная арматура, отводы вертлюгов.
 [1]

Кавитационное изнашивание — это разрушение материала от соприкосновения его с движущейся жидкостью, в которой нарушается сплошность ее объема из-за образования полостей, заполненных паром, газом или их смесью.
 [2]

Кавитационное изнашивание наблюдается в гидравлических турбинах, трубопроводах, на лопастях гребных винтов, подводных крыльях судов, гидравлических насосах, клапанах, а также в системах смазки и охлаждения двигателей, подвергающихся вибрации. Этот вид износа материалов, связанный с образованием или исчезнованием пузырьков в жидкости, возникает вследствие местного изменения давления.
 [3]

Кавитационное изнашивание — гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости ( и наоборот), при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, создавая тем самым местное повышенное давление.
 [4]

Кавитационное изнашивание — гидроабразивное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа лопаются вблизи поверхности, что создает местное повышение давления или температуры.
 [6]

Кавитационное изнашивание возникает в результате воздействия кавитацион-ных пузырьков, образующихся на поверхности деталей, омываемых жидкостью. Явление кавитации усиливается с повышением вибрации деталей и температуры нагрева жидкости. Кавитационный износ имеет место на наружной поверхности гильз цилиндров, омываемой охлаждающей жидкостью.
 [7]

Кавитационное изнашивание происходит при относительном движении твердого тела в жидкости в условиях кавитации.
 [8]

Кавитационное изнашивание — механическое изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное высокое ударное давление или высокую температуру.
 [9]

Кавитационное изнашивание возникает при перемещении потока жидкости относительно поверхности твердого тела в случае разрыва сплошности этой жидкости, образования каверн, заполненных газом ( паром), и последующего захлопывания каверн вблизи поверхности с большой скоростью. При этом ударные волны многократно воздействуют на участок поверхности и приводят к усталостному разрушению последней.
 [10]

Кавитационное изнашивание, как уже отмечалось, происходит в результате многократного воздействия на поверхность гидравлических ударов, возникающих при захлопывании навигационных полостей вблизи поверхности детали. Кавитационные полости ( пузырьки) образуются в гидродинамическом потоке вследствие появления в нем областей с давлением ниже давления насыщенного пара этой жидкости. Захлопывание пузырька происходит при увеличении внешнего давления со скоростью звука.
 [12]

Кавитационное изнашивание — гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором пузырьки газа захлопываются вблизи поверхности, что создает местное повышение давления или температуры. Кавитационное изнашивание характерно для внутренних поверхностей корпусов водяных насосов, водяных полостей блоков цилиндров и головок цилиндров.
 [13]

Кавитационное изнашивание — изнашивание поверхности при относительном движении твердого тела в потоке жидкости в условиях кавитации, когда в потоке жидкости создаются пузырьки пара и газа и при переходе в область с более высоким давлением происходит конденсация пара и создаются условия для местного гидравлического удара.
 [14]

Кавитационное изнашивание металла происходит в результате воздействия на его поверхность микроударных нагрузок, возникающих при образовании и захлопывании кавитационных полостей и пузырьков.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

4.9 Кавитационное изнашивание

4.9.1 Гидродинамическое изнашивание

Кавитация дословно
означает полость, каверна. Однако под
кавитацией понимают явление образования
в движущемся по поверхности твердого
тела потоке жидкости пустот в виде
пузырей, полос и мешков, наполненных
парами, воздухом или газами, растворенными
в жидкости и выделившимися из нее. Это
явление обусловлено следующим. В
движущемся с большой скоростью потоке
при его сужении и наличии препятствий
на его пути давление может упасть до
давления, соответствующего давлению
парообразования при данной температуре.
При этом, в зависимости от сопротивления
жидкости растягивающим усилиям, может
произойти разрыв, нарушение сплошности
потока. Образующаяся пустота заполняется
паром и газами, выделившимися из жидкости.
Воздух, вовлекаемый в поток, облегчает
возникновение кавитации. Образовавшиеся
парогазовые пузыри размерами порядка
десятых долей миллиметра, перемещаясь
вместе с потоком, попадают в зоны высоких
давлений. Пар конденсируется, газы
растворяются, и в образовавшиеся пустоты
с громадным ускорением устремляются
частицы жидкости; происходит сопровождаемое
ударом восстановление сплошности
потока.

Исследования
показали, что кавитационныи пузырек
может вырасти за 0,002 с до 6 мм в диаметре
и полностью разрушиться за 0,001 с. В
определенных типах кавитации на площади
в 1 см²в течение 1 с могут образоваться
и разрушиться более 30 млн. кавитационных
пузырьков.

Кавитация наблюдается
в трубопроводах, в гидромониторах и в
потоках, обтекающих лопатки центробежных
и пропеллерных насосов и лопастей
гидравлических турбин и гребных винтов.
Явление кавитации вызывает вибрации,
стуки и сотрясения, что приводит к
расшатыванию крепежных связей, обрыву
болтов, смятию резьб, фрикционной
коррозии стыков, нарушению уплотнений
и усталостным поломкам.

Предупредить
кавитацию можно, проектируя гидромеханическую
систему так, чтобы во всех точках потока
давление не опускалось ниже давления
парообразования.

Кавитационная
стойкость материала определяется его
составом и структурой. Повышение
содержания углерода в углеродистой
стали увеличивает ее стойкость. Однако,
начиная с 0,8 % С, она начинает падать.
Пластинчатый перлит более стоек, чем
зернистый. Введение никеля и хрома в
сталь повышает ее стойкость за счет
снижения количества феррита, увеличения
степени дисперсности и др. Шаровидная
форма графита благоприятна. Наиболее
стойким является низколегированный
чугун (1 % Ni, 0,3 % Mo) с шаровидным графитом.
Закалка с нагревом ТВЧ, цементация,
поверхностное упрочнение увеличивает
стойкость.

4.9.2 Вибрационная кавитация

Возникает при
колебании твердого тела относительно
жидкости или жидкости относительно
твердого тела. Давление в жидкости на
границе раздела жидкости и твердого
тела может упасть и вызвать образование
кавитационных пузырей. Условия кавитации
зависят от внешнего давления на систему
и насыщенности жидкости воздухом.

Вибрационную
кавитацию могут вызвать звуковые
колебания, особенно ультразвуковые.
Звуковые волны ускоряют
окислительно-восстановительные реакции,
вызывают внутримолекулярные перегруппировки
веществ, усиливают диспергирование,
ускоряют процессы мойки и обезжиривания
поверхностей и вызывают коагуляцию
мелких частиц.

Вибрационная
кавитация проявляется в двигателях
внутреннего сгорания, особенно на
наружных поверхностях гильз в результате
их колебаний от ударов поршня. Износ от
кавитации наружной стенки гильзы может
быть в 3 — 4 раза больше, чем износ внутренней
поверхности от действия поршневых
колес.

Кавитационный износ — О трибологии

Содержание

Определение:

Кавитационный износ – вид износа поверхности твердых материалов, находящихся в контакте с жидкой средой, когда поверхность повреждается из-за схлопывания пузырьков жидкости. с нулевым/отрицательным давлением. При кавитации циклическое образование происходит, когда жидкость течет в расходящейся геометрии, то есть из области более высокого давления в область более низкого давления. Этот тип износа наиболее заметен в механических компонентах, работающих в жидких средах, таких как гребной винт на корабле, где жидкость выходит из области меньшего диаметра в область большего диаметра [1]. Механизм кавитационного изнашивания стали показан на рис. 1.

Рис-1 Механизм кавитационного изнашивания стали [2].

Механизм кавитационного изнашивания:

Основной причиной образования кавитационного изнашивания является схлопывание жидкого пузыря на поверхность твердого тела, при его схлопывании газ, содержащийся в пузыре, ударяется о поверхность при нулевом или отрицательном давлении . Область, на которой лопнул пузырек, будет испытывать напряжения, вызывающие повреждение поверхности. Это повреждение называется кавитационным износом. Изучение механизма схлопывания пузырьков жидкости очень важно для понимания степени кавитационного износа.

Механизм схлопывания пузырька:

Пузырь жидкости движется по расходящейся геометрии, в случае труб, т.е. от трубы меньшего диаметра к трубе большего диаметра. Он падает на поверхность твердого тела из-за разности давлений и при взрыве пузыря, а окружающая пузырек жидкость сначала ускоряется, а по мере схлопывания пузыря резко замедляется [3]. Это создает напряжения на поверхности обрушения из-за высокого давления, что приводит к повреждению поверхности. Этот механизм схлопывания пузыря показан на рис.2.

Рис-2 Механизм схлопывания пузыря [1].

Тип кавитации:

Парообразная кавитация:

При этом типе кавитации пузырь жидкости внезапно взрывается из-за превращения жидкости в пар. Этот тип кавитации возникает, когда уровень давления ниже давления пара жидкости. Кавитационный износ является особенностью этой паровой кавитации, которая разрушает поверхность материала. В этом случае растягивающее напряжение вызывает кипение жидкости, а затем сжимающие напряжения вызывают схлопывание парового пузыря, что приводит к износу кавитации от жидкости к поверхности. Схлопывание пузырька показано на рис. 3.

Рис-3 схлопывание пузырьков в паровой кавитации [4].

Газовая кавитация:

Это разновидность кавитации, возникающая в результате диффузионного процесса, когда давление падает ниже давления газа, растворенного в жидкости. Этот вид кавитации не вызывает кавитационного износа, приводящего к эрозии материала на поверхности. Эта кавитация протекает медленнее по сравнению с паровой кавитацией.

Сопротивление кавитационному износу:

Кавитационный износ в основном вызывается схлопыванием пузырьков жидкости, которое, если его избежать, может преодолеть кавитационный износ. Однако избежать этого негативного давления, создаваемого обрушением на поверхность, крайне невозможно. Одной из основных особенностей кавитации является то, что она воздействует на самую слабую фазу материалов, следовательно, материалы с желаемыми свойствами должны быть выбраны, чтобы противостоять этому износу. Такие материалы, как бетон, обычно используются для армирования стальными волокнами или полимерами из-за их прочной фазы, устойчивой к кавитационному износу. Кроме того, каучук является одним из материалов, который обладает хорошей кавитационной стойкостью из-за низкого модуля упругости, однако его нельзя использовать в высокотемпературных приложениях.

Способы снижения кавитационного износа:

Кавитация возникает из-за нестойкости материалов к импульсным нагрузкам, в этих точках напряжения слишком велики. Следовательно, важно, чтобы материалы имели хорошие поверхностные свойства с гладкой поверхностью, что снижает кавитационный износ. Если поверхности шероховатые, то создаются более слабые места для привлечения кавитационного износа [5].

Кроме того, растягивающее напряжение жидкости играет важную роль в сопротивлении кавитационному износу, растягивающие напряжения жидкости можно контролировать различными способами, изменяя конструкцию компонентов машины, где преобладает кавитационный износ. Кроме того, использование жидкости с более низкой вязкостью и низким давлением паров, а также повышение температуры жидкости могут снизить кавитационный износ.

Исследование кавитации:

Исследование кавитационного износа проводилось на основе различных аспектов параметров, вызывающих износ. При исследовании аустенитной нержавеющей стали разной зернистости. Г. Бреглиоцци и др. обнаружили, что изменения pH приводят к изменениям кавитационного износа [6]. Композиты и оксидная керамика имеют широкий спектр применения, однако ограничены из-за интенсивной кавитации. Збигнев и др. изучили эти материалы и обнаружили, что кавитационный износ сильно зависит от остаточного напряженного состояния материалов [7].

Ссылка:

[1] Stachowiak, G.W. и Батчелор, А.В., 2013. Инженерная трибология. Баттерворт-Хайнеманн.

[2] Borek, T.L.T.T.W., 2018. Влияние шероховатости поверхности на кавитационный износ кавитационных генераторов из стали P265GH и X2CrNi18-9. Связь , 20 .

[3] А. Карими и Ф. Авеллан, Сравнение механизмов эрозии при различных типах кавитации, Износ, Том 113, 1986, стр. 305-322.

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Кавитация

[5] П. Вирабхадра Рао, Оценка эпоксидных смол при кавитационной эрозии потока, износ, Vol. 122, 1988, стр. 77-95.

[6] Bregliozzi, G., Di Schino, A., Ahmed, S.U., Kenny, J.M. and Haefke, H., 2005. Поведение аустенитных нержавеющих сталей с разным размером зерна при кавитационном износе. Wear , 258 (1-4), стр. 503-510.

[7] Педзич З., Ясеновски Р. и Зёнбка М., 2014. Кавитационный износ конструкционной оксидной керамики и отдельных композиционных материалов. Журнал Европейского керамического общества , 34 (14), стр. 3351-3356.

Что такое кавитационный износ – определение

Кавитационный износ – это процесс постепенного разрушения материала из-за многократного зарождения, роста и сильного схлопывания полостей в жидкости, протекающей вблизи материала. Кавитационная усталость — это особый тип механизма повреждения, вызванный повторяющейся вибрацией и движением из-за контакта с протекающими жидкостями, наиболее распространенной из которых является вода.

Как правило, износ представляет собой механическое повреждение поверхности, которое приводит к постепенному удалению материала из-за относительного движения между этой поверхностью и контактирующим веществом или веществами. Контактирующее вещество может состоять из другой поверхности, жидкости или твердых абразивных частиц, содержащихся в той или иной форме жидкости или суспензии, такой как, например, смазка. Как и в случае с трением, наличие износа может быть как хорошим, так и плохим. Продуктивный контролируемый износ можно обнаружить в таких процессах, как механическая обработка, резка, шлифовка и полировка. Однако в большинстве технологических применений возникновение износа крайне нежелательно и является чрезвычайно дорогостоящей проблемой, поскольку приводит к износу или даже выходу из строя компонентов. С точки зрения безопасности это часто не так серьезно (или так внезапно), как перелом. Это связано с тем, что износ обычно ожидается.

Определенные характеристики материала, такие как твердость , тип карбида и объемный процент, могут иметь решающее влияние на износостойкость материала в данном применении. Износ , как и коррозия, имеет несколько типов и подтипов, в некоторой степени предсказуем, и его довольно сложно надежно протестировать и оценить в лаборатории или при эксплуатации.

Кавитационный износ

Кавитационный износ представляет собой процесс постепенного разрушения материала из-за многократного зарождения, роста и сильного разрушения полостей в жидкости, протекающей вблизи материала. Кавитационная усталость — это особый тип механизма повреждения, вызванный повторяющейся вибрацией и движением из-за контакта с протекающими жидкостями, наиболее распространенной из которых является вода. Кавитация  во многих случаях является нежелательным явлением. В центробежных насосах кавитация вызывает повреждение компонентов  (эрозию материала), вибрации, шум и снижение эффективности.

Источник: Википедия, CC BY 2.5,
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Turbine_Francis_Worn.JPG

Возможно, наиболее важной инженерной проблемой, вызванной кавитацией, является материальный ущерб , который могут вызвать кавитационные пузырьки, когда они обрушение  вблизи твердой поверхности. Схлопывание кавитационных пузырьков — это бурный процесс, который генерирует сильно локализованные ударные волны и микроструи . Они вытесняют энергичную жидкость в очень малые объемы, тем самым создавая пятна высокой температуры, и эти интенсивные возмущения создают сильно локализованные и нестационарные поверхностные напряжения на твердой поверхности. Признаки эрозии будут выглядеть как точечная коррозия из-за гидравлического удара схлопывающихся пузырьков пара. Было обнаружено, что скорость кавитационного повреждения быстро возрастает  с увеличением объемного расхода.

Более мягкие материалы  могут быть повреждены даже при кратковременном возникновении кавитации . Отдельные ямки можно наблюдать после схлопывания одиночного пузыря. Поэтому для центробежных насосов используются более твердые материалы. Но с более твердыми материалами, используемыми в большинстве приложений, циклическое напряжение  из-за повторяющихся разрушений может вызвать локальное поверхностное усталостное разрушение . Таким образом, кавитационное повреждение металлов обычно имеет вид усталостное разрушение .

Когда кавитационные пузырьки схлопываются, они вытесняют энергичную жидкость в очень малые объемы, тем самым создавая пятна высокой температуры и испуская ударные волны, последние из которых являются источником шума. Хотя обрушение небольшой полости представляет собой относительно низкоэнергетическое событие, сильно локализованные обрушения могут со временем разрушать металлы, такие как сталь. Питтинг, вызванный разрушением полостей, приводит к сильному износу компонентов и может значительно сократить срок службы гребного винта или насоса.

Кавитации обычно также сопутствуют:

• Шум.  Обычный шум вызван схлопыванием полостей. Уровень шума, возникающего в результате кавитации, является мерой серьезности кавитации.
• Вибрация . Вибрации насоса из-за кавитации характерны для низкочастотных вибраций, обычно находящихся в диапазоне от 0 до 10 Гц.
• Снижение эффективности насоса . Снижение эффективности насоса является более надежным признаком возникновения кавитации.

Предотвращение кавитации

Ямки могут варьироваться по размеру от очень маленьких до очень больших, или даже они могут полностью проникать в толщу металла. Повреждение конструкции может быть катастрофическим, а потеря функциональной эффективности может быть существенной. К методам решения этой проблемы относятся:

• Повышение твердости и прочности металла. Однако это может только отсрочить проблему, а не предотвратить ее.
• Увеличение жесткости детали. Это должно уменьшить его амплитуду вибрации, тем самым увеличив его собственную частоту вибрации. Можно увеличить толщину стенки или добавить ребра жесткости для изменения вибрационных характеристик.
• Повышение гладкости поверхности. Полости имеют тенденцию группироваться в определенных областях низкого давления. Можно устранить пики и впадины на поверхности, рассредоточив впадины.

Поверхностная твердость и износостойкость

Твердость важна с инженерной точки зрения, поскольку сопротивление износу при трении или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости. Если твердость материала выше, чем твердость абразивного материала, скорость износа будет меньше.

Закалка поверхности или поверхностная закалка – это процесс, при котором повышается твердость поверхности (корпуса) объекта, в то время как внутреннее ядро ​​объекта остается эластичным и прочным. После этого процесса повышается твердость поверхности, износостойкость и усталостная долговечность. Это достигается с помощью нескольких процессов, таких как процесс науглероживания или азотирования, при котором компонент подвергается воздействию углеродистой или азотной атмосферы при повышенной температуре. Как было написано, влияние на две основные характеристики материала:

• Значительно повышена твердость и износостойкость . В материаловедении твердость — это способность выдерживать вмятин на поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапание . Твердость , вероятно, является наиболее плохо определенным свойством материала, поскольку она может указывать на стойкость к царапанью, стойкость к истиранию, стойкость к вдавливанию или даже стойкость к формованию или локализованной пластической деформации. Твердость важна с инженерной точки зрения, потому что сопротивление износу при трении или эрозии паром, маслом и водой обычно увеличивается с увеличением твердости.
• Прочность не подвергается отрицательному влиянию . Прочность — это способность материала поглощать энергию и пластически деформироваться без разрушения. Одно из определений ударной вязкости (для высокой скорости деформации, , вязкость разрушения ) состоит в том, что это свойство указывает на сопротивление материала разрушению при наличии трещины (или другого дефекта, концентрирующего напряжение).

Для чугуна или стали с низким содержанием углерода, которые сами по себе обладают плохой прокаливаемостью или вообще не имеют ее, процесс поверхностного упрочнения включает введение дополнительного количества углерода или азота в поверхностный слой. Упрочнение корпуса полезно в таких деталях, как кулачок или зубчатый венец, которые должны иметь очень твердую поверхность, чтобы противостоять износу, а также прочную внутреннюю часть, чтобы противостоять ударам, возникающим во время работы. Кроме того, поверхностная закалка стали имеет преимущество перед сквозной закалкой (то есть закалкой металла равномерно по всему изделию), поскольку менее дорогие низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали могут подвергаться поверхностной закалке без проблем деформации и растрескивания, связанных с закалкой. за счет упрочнения толстых участков. Богатый углеродом или азотом внешний поверхностный слой (или случай ) вводится путем атомной диффузии из газовой фазы. Корпус обычно имеет глубину порядка 1 мм и тверже внутреннего ядра материала.

Типичные износостойкие материалы

В целом, износ представляет собой механическое повреждение поверхности, которое приводит к постепенному удалению материала из-за относительного движения между этой поверхностью и контактирующим веществом или веществами. Следовательно, существует идеальный износостойкий материал, и в каждом случае он сильно зависит от многих переменных (например, комбинации материалов, контактного давления, окружающей среды, температуры). 9Твердость 0005 материала коррелирует с износостойкостью материала . Если твердость материала меньше твердости абразивного материала, то скорость износа высокая. Твердость материала играет важную роль в износостойкости. Некоторые материалы обладают особыми характеристиками износа:

• Ni ₃ Al – Alloy . Алюминид никеля представляет собой интерметаллический сплав никеля и алюминия со свойствами, подобными как керамике, так и металлу. Алюминид никеля уникален тем, что обладает очень высокой теплопроводностью в сочетании с высокой прочностью при высоких температурах. Эти свойства в сочетании с высокой прочностью и низкой плотностью делают его идеальным для специальных применений, таких как покрытие лопаток газовых турбин и реактивных двигателей. Композитные материалы с Ni ₃ Сплавы на основе Al в качестве матрицы, упрочненной, например, TiC, ZrO2, WC, SiC и графеном, являются современными материалами. Сообщалось, что в 2005 году наиболее устойчивый к истиранию материал был создан путем внедрения алмазов в матрицу из алюминида никеля.
• Карбид вольфрама . Ударный износ имеет наибольшее значение при добыче полезных ископаемых. Горнодобывающая промышленность и переработка полезных ископаемых требуют износостойких машин и деталей, так как энергии и массы взаимодействующих тел значительны. Для этого необходимо использовать материалы с наивысшей износостойкостью. Например, карбид вольфрама широко используется в горнодобывающей промышленности в буровых долотах с верхним ударником, забойных молотах, шарошечных резцах, долотах с длинными стенками, резцах с длинными стенками, расширителях для бурения восстающих и туннельных проходческих машинах.
• Карбид кремния . Карбид кремния представляет собой чрезвычайно твердое, синтетически полученное кристаллическое соединение кремния и углерода. Его химическая формула – SiC. Карбид кремния имеет твердость по шкале Мооса 9, что приближается к твердости алмаза. В дополнение к твердости кристаллы карбида кремния обладают характеристиками разрушения, что делает их чрезвычайно полезными в шлифовальных кругах. Его высокая теплопроводность в сочетании с жаропрочностью, малым тепловым расширением и устойчивостью к химическим реакциям делают карбид кремния ценным при производстве высокотемпературных изделий и других огнеупоров.
• Сплавы с покрытием . Упрочнение путем поверхностной обработки может быть далее классифицировано как диффузионная обработка или обработка локальным нагревом. Диффузионные методы вводят легирующие элементы, которые попадают на поверхность путем диффузии либо в виде агентов твердого раствора, либо в качестве агентов прокаливаемости, которые способствуют образованию мартенсита во время последующей закалки. В этом процессе концентрация легирующего элемента увеличивается на поверхности стальной детали. Методы распространения включают:
• Науглероживание — это процесс цементации, при котором концентрация углерода на поверхности сплава железа (обычно низкоуглеродистой стали) увеличивается за счет диффузии из окружающей среды. Науглероживание дает твердую, очень износостойкую поверхность (средняя глубина корпуса) продукта с отличной способностью выдерживать контактную нагрузку, хорошей усталостной прочностью при изгибе и хорошей устойчивостью к заеданию.
• Азотирование — это процесс цементации, при котором поверхностная концентрация азота железа увеличивается за счет диффузии из окружающей среды для создания цементируемой поверхности. Азотирование обеспечивает получение твердой, очень износостойкой поверхности (небольшая глубина корпуса) продукта с достаточной способностью выдерживать контактную нагрузку, хорошей усталостной прочностью на изгиб и отличной устойчивостью к заеданию.
• Борирование , также называемое борированием, представляет собой процесс термохимической диффузии, аналогичный нитроцементации, при котором атомы бора диффундируют в подложку с образованием твердых и износостойких поверхностных слоев. Процесс требует высокой температуры обработки (1073–1323 К) и большой продолжительности (1–12 ч) и может применяться к широкому спектру материалов, таких как стали, чугун, металлокерамика и цветные сплавы.
• Упрочнение титан-углеродом и нитридом титана . Нитрид титана (чрезвычайно твердый керамический материал) или покрытия из карбида титана могут использоваться в инструментах, изготовленных из этого типа сталей, посредством процесса физического осаждения из паровой фазы для улучшения производительности и срока службы инструмента. TiN имеет твердость по Виккерсу 1800–2100 и цвет металлического золота.
• Цементируемые стали . Для повышения износостойкости сталей обычно проводят поверхностную закалку на основе мартенситного превращения. Мартенситное упрочнение с превращением является одним из наиболее распространенных методов упрочнения, который в основном используется для сталей (т.е. углеродистых сталей, а также нержавеющих сталей).
• Пламенная закалка . Закалка пламенем — это метод поверхностной закалки, в котором используется одна горелка со специально разработанной головкой для обеспечения очень быстрого нагрева металла, который затем быстро охлаждается, обычно с использованием воды. Это создает «корпус» мартенсита на поверхности, в то время как внутреннее ядро ​​объекта остается эластичным и прочным. Это метод, аналогичный индукционной закалке. Для этого типа упрочнения необходимо содержание углерода 0,3–0,6 мас.% С.
• Индукционная закалка. Индукционная закалка — это метод поверхностной закалки, в котором используются индукционные катушки для обеспечения очень быстрого нагрева металла, который затем быстро охлаждается, как правило, с использованием воды. Это создает «корпус» мартенсита на поверхности. Для этого типа упрочнения необходимо содержание углерода 0,3–0,6 мас.% С.
• Лазерная закалка . Лазерная закалка — это метод поверхностной закалки, в котором используется лазерный луч для обеспечения очень быстрого нагрева металла, который затем быстро охлаждается (обычно путем самозакалки). Это создает «корпус» мартенсита на поверхности, в то время как внутреннее ядро ​​объекта остается эластичным и прочным.

Некоторые распространенные материалы:

• Nibral Propeller (никель-алюминиевая бронза) Источник: generalpropeller. com

  Ковкий чугун . Ковкий чугун , также известный как шаровидный чугун или чугун с шаровидным графитом, по составу очень похож на серый чугун, но во время затвердевания графит образует зародыши в виде сферических частиц (узелков) в ковком чугуне, а не в виде чешуек. Типичные области применения этого материала включают клапаны, корпуса насосов, коленчатые валы, шестерни и другие компоненты автомобилей и машин из-за его хорошей обрабатываемости, усталостной прочности и более высокого модуля упругости (по сравнению с серым чугуном), а также в шестернях для тяжелых условий эксплуатации из-за его хорошей обрабатываемости. его высокий предел текучести и износостойкость.

• Алюминий Бронза . Алюминиевые бронзы представляют собой семейство сплавов на основе меди, обладающих сочетанием механических и химических свойств, не имеющих себе равных ни в одной другой серии сплавов. Они содержат от 5 до 12% алюминия. Алюминиевая бронза находит все большее признание в самых разных областях применения, требующих устойчивости к механическому износу. Его износостойкость основана на переходе от более мягкого металла (алюминиевой бронзы) к более твердому металлу (стали) и образовании тонкого слоя более мягкого металла на более твердом металле.

Ссылки:

Материаловедение:

1. Министерство энергетики США, Материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
2. Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 и 2. Январь 1993 г.
3. Уильям Д. Каллистер, Дэвид Г. Ретвиш. Материаловедение и инженерия: введение, 9-е издание, Wiley; 9 издание (4 декабря 2013 г.), ISBN-13: 978-1118324578.
4. Эберхарт, Марк (2003). Почему все ломается: понимание мира по тому, как он разваливается. Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Гаскелл, Дэвид Р. (1995). Введение в термодинамику материалов (4-е изд.