ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ БРОНЗ ПРИ КАВИТАЦИОННОМ ИЗНАШИВАНИИ В МОРСКОЙ ВОДЕ
Аннотация
Проведены испытания алюминиевых бронз БрА9Ж4Н4Л и БрА7Мц15Ж3Н2Ц2Л, применяемых для изготовления судовых движителей, на кавитационное изнашивание на ультразвуковом магнитострикционном вибраторе в искусственной морской воде. Интенсивность кавитационного воздействия варьировали изменением амплитуды колебаний торца концентратора вибратора от 15 до 25 мкм. Показано, что значение высотного параметра шероховатости изнашиваемой поверхности (среднего арифметического отклонения профиля), соответствующего окончанию инкубационного периода, при кавитационном изнашивании в морской воде увеличивается по сравнению с опытами в пресной воде. При этом, если в пресной водезначение высотного параметра шероховатости, соответствующее окончанию инкубационного периода, не зависит от интенсивности кавитационного воздействия и является величиной постоянной, то в морской воде прослеживается тенденция увеличения этого значения с увеличением амплитуды колебаний торца концентратора. Показано, что значение высотного параметра шероховатости поверхности в пределах инкубационного периода может служить косвенной оценкой степени пластической деформации, поэтому увеличение значения этого параметра, соответствующего окончанию инкубационного периода, при переходе в испытаниях от пресной к морской воде может служить признаком пластифицирующего воздействия морской воды на поверхностный слой бронз при кавитационном изнашивании на ультразвуковом магнитострикционном вибраторе. Высказанное предположение подтверждено также измерениями микротвердости поверхности: при испытаниях в пресной воде среднее упрочнение поверхностных слоев бронзы БрА7Мц15Ж3Н2Ц2Л составило 11 %, тогда как при испытаниях в морской воде микротвердость снизилась примерно на 5 %. Сделано предположение, что при кавитационном изнашивании гребных винтов в морской воде, из-за значительно большего диаметра струй, образующихся при схлопывании кавитационных каверн на лопастях, а также менее интенсивного коррозионного воздействия влияние коррозионного фактора на процесс пластического деформирования поверхностного слоя лопастей пренебрежимо мало по сравнению с условиями испытаний на ультразвуковых магнитострикционных вибраторах. Поэтому при прогнозировании продолжительности инкубационного периода методом измерения профиля поверхности дополнительная интенсификация коррозионного фактора при испытаниях на магнитострикционном вибраторе заменой пресной воды на морскую не требуется. В противном случае процесс пластического деформирования поверхности при кавитационном воздействии не будет соответствовать таковому при кавитационном изнашивании гребных винтов.
Ключевые слова
кавитационное изнашивание, морская вода, пресная вода, алюминиевая бронза, ультразвуковой магнитострикционный вибратор, инкубационнный период изнашивания, шероховатость, пластическая деформация, микротвердость, упрочнение металла
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Sreedhar B. K. Cavitation damage: Theory and measurements - A review / B. K. Sreedhar, S. K. Albert, A. B. Pandit // Wear. - 2017. - Vol. 372-373. - Pp. 177-196. DOI: 10.1016/j.wear.2016.12.009.
Петров А. И. Исследование сравнительной стойкости и кавитационной эрозии образцов материалов и покрытий проточной части гидромашин / А. И. Петров, М. М. Скобелев, А. Г. Ханычев // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия: Машиностроение. - 2015. - № 2 (101). - С. 128-137.
Цветков Ю. Н. Кавитационное изнашивание металлов и оборудования / Ю. Н. Цветков. - СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2003. - 155 с.
Фомин В. В. Гидроэрозия металлов / В. В. Фомин. - М.: Машиностроение, 1977. - 287 с.
Быстрицкий В. В. Эрозионный износ направляющих насадок / В. В. Быстрицкий // Труды ЛИВТ. - 1972. - № 135. - С. 26-39.
Георгиевская Е. П. Кавитационная эрозия гребных винтов и методы борьбы с ней / Е. П. Георгиевская. - Л.: Судостроение, 1978. - 206 с.
Boorsma A. Understanding the Details of Cavitation / A. Boorsma, S. Whitworth // Proceedings of the Second International Symposium on Marine Propulsors (Smp’11). - Hamburg, Germany, 2011. - Pp. 319-327.
Ponkratov D. DES Prediction of Cavitation Erosion and Its Validation for a Ship Scale Propeller / D. Ponkratov // Journal of Physics: Conference Series. - IOP Publishing, 2015. - Vol. 656. - Pp. 012055. DOI: 10.1088/1742-6596/656/1/012055.
Погодаев Л. И. Гидроабразивный и кавитационный износ судового оборудования / Л. И. Погодаев, П. А. Шевченко. - Л.: Судостроение, 1984. - 264 с.
ASTM G32-10 Standard test method for cavitation erosion using vibratory device. - ASTM International, 2010. - 19 p.
Горбаченко Е. О. Кинетика изменения профиля поверхности алюминиевых бронз при кавитационном изнашивании / Е. О. Горбаченко, Ю. Н. Цветков // Трение и износ. - 2018. - Т. 39. - № 3. - С. 277-282.
Гутман Э. М. Механохимия металллов и защита от коррозии / Э. М. Гутман. - М.: Металлургия, 1981. - 271 с.
Прис К. М. Кавитационная эрозия / К. М. Прис / в кн. Эрозия: пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - С. 269-330.
Аганин А. А. Схлопывание кавитационного пузырька в жидкости вблизи твердой стенки / А. А. Аганин [и др.]. - Вестник Башкирского университета. - 2013. - Т. 18. - № 1. - C. 15-21.
Пинегин С. В. Контактная прочность и сопротивление качению / С. В. Пинегин. - М.: Машиностроение, 1969. - 243 с.
Terauchi Y. Correlation of cavitation damage tests with residual stress measurements / Y. Terauchi, Matuura, M. Kitamura // Bulletin of the JSME. - 1973. - Vol. 16. - No. 102. - Pp. 1829-1838. DOI: 10.1299/jsme1958.16.1829.
Маргулис М. А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция / В. А. Маргулис. - М.: Химия, 1986. - 288 с.
Эльпинер И. Е. О механизме химического действия ультразвуковых волн (обзор) / И. Е. Эльпинер // Акустический журнал. - 1959. - Т. V. - № 2. - С. 133-145.
Богорад И. Я. Коррозия и защита морских судов / И. Я. Богорад [и др.]. - Л: Судостроение, 1973. - 392 с.
Об авторах
Цветков Юрий Николаевич - доктор технических наук, профессор
yuritsvet@mail.ru. ZvetkovUN@gumrf.ru
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»Горбаченко Евгений Олегович - аспирант
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»
