铅黄铜合金在超声波作用下的空蚀行为及机理研究

发布时间：2020-07-14 19:24

【摘要】：在空化与空蚀理论的发展过程中,人们发现空蚀虽然影响工程机械设备的工作效率和使用寿命,造成能源和材料的浪费,但空化效应的合理利用却可以用来切割、清洗和制备材料,甚至进行油气开采,创造出可观的经济价值。目前,空蚀理论并不完善,空蚀发生时的环境复杂,普适性的研究结论很少。无论是预防空蚀还是合理利用空化效应,都需要进行深入的研究。在众多的空蚀研究设备中,超声空蚀设备因其单因素控制的优越性以及显著的空蚀效果,更加适用于材料的空蚀研究。本文首次采用了超声频率为27.5 kHz左右的空蚀设备对应用于船舶、管道输送等特殊的液体介质环境中的铅黄铜合金进行了空蚀实验,分别研究了空蚀距离、液体介质以及表面形貌对铅黄铜合金的空蚀行为的影响,分析了不同工艺参数条件下的铅黄铜合金的空蚀过程和机理。通过选取不同的试样与超声工具头之间的作用距离,研究了实验后试样的质量损失、空蚀深度、粗糙度、微观形貌以及3D形貌轮廓等参数的变化情况,探讨了不同的空蚀作用距离下的试样的表面特征以及空蚀效果,获得了超声探头与试样表面的最佳作用间距,发现当超声波作用距离在0.4 mm~0.6 mm时,试样表面的空蚀破坏最严重,空蚀效果最佳,且该最佳的超声作用距离与空蚀时间的长短无关。分别对铅黄铜试样在自来水、去离子水和3.5%氯化钠溶液中进行了超声空蚀实验,观察和测量了试样空蚀后的质量损失、粗糙度、微观形貌、3D形貌轮廓以及硬度,对比分析了试样在三种液体介质中空蚀后的表面破坏特点,探讨了液体介质对空蚀形成和发展的影响,发现铅黄铜试样在三种液体介质中空蚀后的表层都存在加工硬化层,而试样在3.5%氯化钠溶液中空蚀后的累计质量损失最小,其硬度值的最大增幅达到13.6%,表明试样在3.5%氯化钠溶液中的抗空蚀能力最强。采用了抛光和喷砂的处理手段获取了两组不同表面形貌的铅黄铜试样,测量了试样空蚀后的质量损失、粗糙度、微观形貌以及表层残余应力,对比分析了试样空蚀前的表面形貌对空蚀过程的影响,构建了质量损失、粗糙度、残余应力与空蚀时间的关系,解释了表面形貌对空蚀过程的影响机制,发现在空蚀初期平整光滑的表面的抗空蚀能力更好,即空蚀初期抛光处理比喷砂工艺更能有效的减少试样表面的破坏。当空蚀周期延长时,喷砂处理过的试样因初始硬化层和二次硬化效应的存在,其抗空蚀能力的持久性比抛光处理后的试样更强。本文的研究结论加深了对空蚀机理的理解,有助于工作在液体介质中的铅黄铜合金零部件的设计、开发和抗空蚀性能的改善,拓展了空化效应的应用。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.12
【图文】：

流程图,实验方案,流程图,铅黄铜

实验方案流程图

试样尺寸,气氛炉,铅黄铜,电吹风

江苏大学硕士学位论文验材料试样准备验以铅黄铜合金板材作为材料，线切割后的试样尺寸规格有两种，一种直度为 5 mm，另一种直径为 30 mm，厚度为 5 mm，如图 2.2 所示。实去除试样表面的油污，利用电吹风吹干试样后在 HMX1400 箱式气氛炉中力退火，去除加工过程中所产生的残余应力，退火温度为 300℃，最后

铅黄铜,金相组织,设备,直读光谱仪

图 2.3 铅黄铜合金试样初始金相组织Metallographic microstructure of lead-brass alloy含量通过 SPECTRO MAXx 型直读光谱仪别采点，获得三组数据，最后取平均值。表 2.1 铅黄铜合金主要成分表ble 2.1 Main chemical compositions of lead-brassZn Pb Sn Fe Ni 其余 2.0~3.0 0.70 0.40 0.40 设备要设备与仪器如表 2.2 所示。表 2.2 主要仪器设备和仪器Table 2.2 Main equipment and instruments

【参考文献】