摘要：目的由天然气管道内壁减薄及穿孔导致的天然气泄漏事故频繁发生,输气管道面临着日益严重的冲蚀磨损问题。针对这一问题需要明确输气管道材料的冲蚀行为及机理,为抗冲蚀材料设计和延长管道使用寿命等工作的开展提供有效支撑。方法基于ASTM-G76测试标准,采取气-固喷嘴冲蚀试验研究方法,利用空气射流冲蚀实验机,开展不同冲击角度和冲击速度下天然气管道材料20G钢的气-固冲蚀实验;采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等设备分析试样表面冲蚀形貌及特征;采用Ahlert冲蚀模型对实验数据进行拟合,建立20G钢的冲蚀率方程。结果当冲击速度(15~72 m/s)增大时,冲蚀率随之增大。当冲击角度(15°~90°)增加时,冲蚀率随之减小。冲蚀面积随着冲击角度的增加而减小。在低冲击角度下(15°、30°),固相颗粒的“犁削”为主要冲蚀及材料移除机制。在中等冲击角度下(45°、60°),冲蚀机制呈现混合形式,犁削、压实与开裂共同作用于材料表面。在高冲击角度下(75°、90°),以压实和开裂为主要冲蚀及材料移除机制。结论在气固两相流作用下,20G钢的冲蚀磨损过程符合典型的塑性材料冲蚀规律。颗粒冲击速度不会直接影响冲蚀机制,颗粒冲击能量的变化是影响冲蚀率的主要因素。建立了适用于天然气管道材料抗冲蚀性能对比和CFD冲蚀模型的冲蚀速率方程。

摘要：排砂管线是气体钻井中不可缺少的地面设备之一,在高压高产气井的钻井中存在安全隐患,常规情况下通常被人们忽略。排砂管线失效主要由高速气流中的固体颗粒冲蚀破坏,通常发生在弯接头部分。针对排砂管线弯接头的冲蚀失效情况,开展冲蚀破坏机理的理论研究和数学模型研究,对弯接头的冲蚀攻角、冲蚀函数、冲蚀颗粒形状系数以及固体颗粒的受力状况进行探讨。建立排砂管线弯接头的CFD有限元模型,可以任意改变弯接头的角度,定量地模拟不同工况下含有固相颗粒的多相流对弯接头的冲蚀速率和冲蚀机理,对排砂管线在气体极限流量100×104m3/d和50×104m3/d的工况下,对不同含砂量进行一系列的CFD仿真模拟,得出冲蚀速率随弯接头角度变化定量的关系曲线,为弯接头的结构优化设计提供理论依据。

摘要：目的探究TC4钛合金在固体粒子冲蚀下的损伤行为,揭示钛合金表面的冲蚀机理。方法采用自主搭建的冲蚀试验装置,以TC4钛合金为研究对象,综合运用正交试验法和控制变量法开展常温干砂粒冲蚀试验。通过扫描电镜综合分析冲蚀区域表面和截面的微观形貌,采用能谱仪分析冲蚀区域元素的组成,利用电子天平测量冲蚀磨损质量;讨论工艺参数对钛合金损伤行为及冲蚀机理的影响。结果相较于冲砂量和冲蚀角度,冲蚀距离对冲蚀量的影响更大;冲蚀量随着冲蚀角度的增加呈先增大后减小的趋势,在40°附近达到峰值。结合数值模拟和试验研究结果发现,钛合金的损伤形式和冲蚀机理与冲蚀角度密切相关,在低攻角时形成了较狭长的犁沟和挤压唇,发生了明显的塑性变形,容易产生二次撞击,表现为微切削机制;在中攻角时,微切削与锤击效应共存,损伤最为严重;在冲蚀角度为90°时,形成了较多的撞击坑、挤压唇及少量的疲劳剥层,主要为锤击效应引起的疲劳破坏。在低攻角时,磨料动能损失较小,随着冲蚀角度的增加,磨料动能损失增大,且在不同攻角下均有破碎磨料嵌入基体。结论冲蚀距离和冲砂量对钛合金冲蚀损伤的影响较为显著,冲蚀角度会影响钛合金的冲蚀机理,此研究结论可为钛合金结构件抗冲蚀设计提供理论依据。

摘要：本文中针对单个硬质角形颗粒冲击金属材料表面的过程,设计了弹射试验装置,研究菱形颗粒冲击行为及冲蚀机理.采用高速摄像机,捕捉不同冲击速度v_i、冲击角度α_i和方位角度θ_i下颗粒的运动轨迹.建立了基于拉格朗日法的FEM-SPH耦合数值计算模型,借助于模型进一步分析了角形颗粒的运动学行为和变形凹坑形态.结果表明:冲击角α和方位角θ是决定颗粒旋转的关键因素,在某一固定冲击角αi下存在一个临界方位角θcr_i,当θiθ_(cri)时颗粒冲击后发生后旋旋转;冲击诱导的颗粒旋转对冲蚀机理的影响较大,颗粒前旋旋转对金属材料产生"耕犁"作用,后旋旋转对金属材料产生"撬起剔除"作用.颗粒的动能损失受到冲击角α_i和方位角θ_i的影响较大,临界方位角θ_(cri)下颗粒的动能损失最大,凹坑变形最严重.

摘要：采用超音速火焰喷涂(high-velocity oxygen-fuel,HVOF)技术制备WC-12Co涂层,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)表征粉末、磨料、冲蚀前后涂层表面/截面的微观形貌和元素变化.设计正交试验并利用冲蚀试验机分析冲蚀距离、冲蚀角度和冲砂量对涂层冲蚀率的影响,探讨了涂层冲蚀机理.结果表明:WC-12Co涂层组织较为均匀、存在少量孔隙,涂层与基体间的结合方式以机械结合为主.极差和方差分析发现,当前工况下冲蚀距离对涂层冲蚀率的影响最为显著、冲蚀角度次之、冲砂量最小;30°冲蚀时冲蚀率最小、60°次之、90°最大.相对于高角度冲蚀,WC-12Co涂层具有较优的抗低角度冲蚀能力.30°冲蚀时涂层冲蚀机理为微观切削和犁削损伤,并伴有局部的脆断和剥落;90°冲蚀时为正向锤击作用引起的脆性断裂和片状疲劳剥落,剥落坑深度远大于30°冲蚀时的切削和犁沟深度,涂层损伤更为严重.

摘要：利用内孔氧-丙烷超音速火焰喷涂技术在ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢基材表面制备纳米WC-10Co4Cr涂层,分别通过45°和90°两种内孔喷枪研究了喷涂距离对涂层宏/微观组织及抗泥沙冲蚀性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)测试分析了涂层的物相成分,利用扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层截面的微观形貌,并结合金相显微镜分析了孔隙率;通过维氏硬度计测试了涂层的显微硬度,利用粗糙度仪和光学轮廓仪表征了涂层表面的粗糙度及三维形貌;采用泥沙冲蚀磨损试验机对比研究了涂层与不锈钢基材的抗泥沙冲蚀性能,并结合SEM分析了冲蚀磨损机理。研究发现,45°和90°两种内孔喷枪所制备纳米WC-10Co4Cr涂层主要物相成分均为WC、W_(2)C和非晶态CoCr合金相,未受到喷涂距离的影响。短喷涂距离会导致涂层孔隙缺陷的产生,孔隙率随着喷涂距离的增大先下降后上升。喷涂距离对90°喷枪所制备涂层显微硬度的影响较小,而45°喷枪在喷涂距离增大到150 mm以后涂层硬度有下降趋势,两者最高硬度分别为1343.1 HV0.2和1275.4 HV0.2;对于两种喷枪,短喷涂距离会导致涂层表面产生凸起团聚颗粒,粗糙度随着喷涂距离的增大而降低。涂层抗泥沙冲蚀性能随喷涂距离的增大先升高而后逐渐下降,45°和90°内孔喷枪喷距分别为200 mm和250 mm时所制备涂层的抗泥沙冲蚀性能达到最高,分别是基材的7.03倍和8.05倍。WC-10Co4Cr涂层的泥沙冲蚀磨损机制主要是交变应力下的疲劳剥落,基材则为均匀的泥沙微切削。

摘要：燃煤锅炉内含尘烟气的冲蚀作用是换热器失效的主要原因之一。本文设计加速试验,研究燃煤锅炉常见换热材质20g在不同飞灰冲击速度(40~120 m/s)、飞灰粒径(65、180和320μm)以及不同温度(300、350和400℃)下的冲蚀磨损情况并分析其冲蚀机理。结果表明:磨损量随冲刷速度的增加呈指数增长,温度升高,速度对冲蚀的影响在逐渐减弱;磨损量随着温度的升高先降低后增高,在300℃冲蚀量最小。粒度对磨损量的影响随冲刷速度的增大变得越加明显,冲蚀量随飞灰粒径的增加逐渐减小,在粒径大于180μm后,冲蚀磨损量不再受粒径影响。

摘要：针对新疆特大风区铁路钢轨遭受风沙冲蚀现状,研究风沙对钢轨焊缝区的冲蚀行为。采用气流挟沙法模拟风沙环境,分别对焊缝区及母材试样进行冲蚀试验;试验方案依据正交试验原理设计,用失重测量法测量试样冲蚀率,研究冲蚀率与沙粒直径、冲蚀速度和冲蚀角度的关系;用扫描电镜(SEM)观察试样冲蚀表面微观形貌,分析冲蚀机理。结果表明,冲蚀速度是影响焊缝和母材冲蚀率的主要因素,速度越大,冲蚀率越大;冲蚀角度对焊缝和母材的影响,随角度的增大而减少;相同情况下,母材的冲蚀率大于焊缝区的冲蚀率;在材料弹性模量一致的情况下,材料的硬度在抗冲蚀能力方面起到重要作用。

摘要：应用系统方法的灰色系统理论、输入输出模型及回归分析等方法,研究设计并提出了冲蚀研究系统模型、冲蚀机理模型、冲蚀率与冲蚀参数的相关模型,及冲蚀系统各因素交互作用模型,对进一步展开冲蚀研究,研制使用耐冲蚀材料,构筑了简明的模型,阐述了清晰的思路,具有一定的指导意义。