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1、60 工 业 技 术 INDUSTRY TECHNOLOGY 河南科技2012.08 下 冲蚀磨损是指金属表面与流体之间因相对运动而导致金属 表面损坏的现象。这种现象广泛存在于很多行业中，是导致设 备损坏的一个重要原因。本文，笔者总结了影响材料冲蚀磨损 的主要因素，以供参考。 一、入射角的影响 入射角也叫攻角或冲击角，是指靶材表面与入射粒子轨迹 之间的夹角。流体作用于靶材表面时，同时具有水平和垂直分 量，水平分量会对靶材造成切削损伤，垂直分量会对靶材造成 撞击或冲击损伤。研究表明，韧性材料和脆性材料在冲蚀过程 中随冲击角的变化表现出不同的冲蚀规律。塑性材料在冲击角 为 15 30 时出现最大冲
2、蚀率，脆性材料的最大冲蚀率出现在 冲击角为 90 时，其他材料的冲蚀率则介于塑性材料和脆性材 料之间。冲蚀率和冲击角之间的关系可用式（1）表示。 A*cos2sin（n）B*sin2。 （1） 式（1）中， 为冲蚀率，n，A*，B*为常数。当材料全部 为脆性磨损时， 则A*0；当材料全部是韧性磨损时， 则B*0。 当0时， /20。 当冲击角0时， 主要是韧性磨损； 冲击角度 0 时，主要是脆性磨损；改变式中 A*，B*值便 可满足要求。 二、 速度的影响 粒子只有以大于某一速度作用在材料上面，才会发生冲蚀 磨损，这个速度就是引发冲蚀磨损的最小速度。粒子速度小于 这个最小速度时，粒子和材料之间
3、仅发生弹性碰撞；粒子大于 这个最小速度时，则粒子冲击速度与冲蚀率的关系可用式（2） 表达。 E KV n。 （2） 式（2）中，V 为粒子冲击速度，n 为常数。一般材料在冲 击角较小时，n 为 2.2 2.4，冲击角为 90 时，n 为 2.55；陶 瓷材料的 n 值在 3 左右。资料表明，粒子的冲击速度和材料的 最大冲击角之间不存在一定关系，即粒子冲击速度对材料的冲 蚀磨损机制无影响。 三、粒子粒径的影响 当粒子粒径在某一范围内时，塑性材料的冲蚀率和粒径呈 线性关系，但当粒径增加到一个峰值（M）时，塑性材料的冲 蚀率则会保持稳定不再发生变化，M 值会随着冲蚀磨损工况而 发生变化，不同材料的
4、M 值也不相同。这种现象叫做作“粒 度效应” 。 有关粒度效应的形成有很多种解释，主要包括应变率 的影响、表面晶粒尺寸的影响、氧化层的影响、变形区大小的 影响等。但目前较为普遍的一种解释为：材料基体被一层很硬 的薄层包裹着，当粒子粒径很小时，粒子无法穿透这层薄层， 当粒径大于 M 值时，粒子就能穿过这层硬质层直接作用在材 料基体上，从而发生冲蚀磨损。 材料冲蚀磨损影响因素分析 西安石油大学 机械工程学院 王 凯 但当材料为脆性材料时，其冲蚀率会随着粒径的增大而一 直增大。 在实际工况中，流体中有很多粒子对材料进行冲击，不可 能是一个粒子，因此，粒子在流场中的分布也相当重要。有试 验证明，粒子分
5、布对脆性材料的冲蚀率有明显影响，但对塑性 材料的影响目前还没有研究。 四、粒子形状的影响 一般来说，多角粒子比球状圆滑粒子的冲蚀破坏能力要强。 在冲击角为 45 的情况下，对于同一种材料，圆滑粒子的冲蚀 能力约为多角粒子的 1/4。在冲蚀磨损材料时，这两种粒子的 表现行为也不相同：多角粒子是犁削方式，球状圆滑粒子为切 削方式。多角粒子的冲蚀率主要其受宽长比和周长的平方与面 积之比的影响。 五、粒子硬度的影响 应根据粒子硬度和材料表面硬度之比（HP/Ht）来判断粒 子硬度对冲蚀磨损的影响。根据比值，可将塑性材料的冲蚀率 分为两种情况：比值大于1.2时， 冲蚀率随比值的增大而增大， 增大到一定程度
6、后趋于饱和；比值小于 1.2 时，冲蚀率随比值 的减小而减小。研究表明，粒子硬度和材料表面硬度比为 1 时， 材料冲蚀率会大幅度减小；粒子硬度小于材料硬度时，粒子在 冲击材料时会发生破碎。 六、材料硬度和强度的影响 材料硬度对冲蚀率的影响很大，但并不是材料硬度越高， 其抗冲蚀能力就越强，如陶瓷材料的硬度非常高，但它的抗冲 蚀性能就较低，只有在粒子动能很小时，陶瓷材料才表现出较 好的抗冲蚀性能。 Manish Roy 等人对单相金属、多相金属以及合金分别进行 硬化以后，对它们进行冲蚀磨损试验，最终得出以下结论：在 退火条件下，纯金属的冲蚀率会随着硬度的增加而增加；其他 硬化方法，如细化晶粒、固溶、冷加工等，都不能提高纯金属 材料的抗冲蚀能力；马氏体硬化、沉淀硬化、弥散强化等方法 也不能明显提高多相合金的抗冲蚀性。 冲蚀磨损是一个非常复杂的过程，不能按单一因素去考虑 各种材料的抗冲蚀性能。生产中，应综合考虑内外因素，并结 合实际工况，通过模拟实际环境，最终确定所需材料或者开发 出更耐冲蚀的材料。 网络出版时间：2013-01-29 13:23 网络出版地址：
