Эрозия металлов

В условиях кавитационной эрозии хорошо зарекомендовали себя алюминиевая и марганцевая бронза. Благодаря этому, а также из-за своей высокой антикоррозиоиности они находят довольно широкое применение при изготовлении деталей центробежных насосов, особенно рабочих колес. Однако из-за относительно низких прочностных показателей из бронзы изготовляют только детали небольших размеров. Детали крупных центробежных и осевых насосов, работающих в условиях кавитации, изготовляют из железоуглеродистых сплавов. 

В результате кавитационной эрозии острые кромки отверстия обычно быстро разрушаются, что сопровождается изменением коэффициента расхода. Для снижения этого разрушения применяют твердые и стойкие против окисления металлы. 

Экспериментальные исследования кавитационной эрозии доказали также, что разрушение обтекаемой поверхности в пределах кавитационной зоны происходит неравномерно. Наиболее значительному износу подвергаются участки поверхности, расположенные в конце каяитационной зоны, где разрушение кавитациоиных пузырьков происходит при большем внешнем давлении.

Коррозия может сопутствовать кавитационной эрозии вследствие химической активности жидкости.

Способность материалов сопротивляться кавитационной эрозии обычно называют кавитационной стойкостью. Кавитационная стойкость материалов изменяется в широких пределах в зависимости от их физико-механических свойств и состояния, этом уже от гидродинамических характеристик потока и свойств жидкости.

Большое влияние на интенсивность кавитационной эрозии оказывают режимные условия эксплуатации гидротурбин. Характерным в этом отношении является опыт эксплуатации гидротурбинного оборудования Братской ГЭС. 

Для предупреждения и уменьшения кавитационной эрозии гидротурбин применяются различные меры конструктивного и эксплуатационного характера. 

Влияние кислорода на интенсивность кавитационной эрозии стали резко возрастает с повышением температуры воды до 70 С; при дальнейшем повышении температуры влияние кислорода уменьшается. Это связано, вероятно, с химической активностью кислорода и интенсивным окислением металла в процессе развития гидроэрозии. 

При эксплуатации насосы подвергаются коррозионной и кавитационной эрозии, а при наличии в воде взвешенных наносов - и абразивному износу, способствующему развитию кавитации. Эрозия поверхности проточной части приводит к существенному снижению КПД, а в некоторых случаях - к разрушению.

Основным средством борьбы с кавитационной эрозией деталей гидравлических машин является исключение возможности возникновения кавитации или, по крайней мере, максимальное уменьшение степени ее развития. Если же при эксплуатации машины не удается избежать режимов с развитой кавитацией, то в ряде случаев, используя некоторые специальные методы, можно предотвратить возникновение кавитации на этих режимах или в значительной мере ослабить ее последствия. Сущность большинства методов заключается в повышении общего уровня давления внутри наиболее опасной, с точки зрения возникновения кавитации, области потока. Такими опасными зонами, как известно, являются: у насосов - область перед входом потока в рабочее колесо, у гидравлических турбин - область у выходных кромок лопастей рабочего колеса.

Разъедание металла вследствие кавитации обычно наблюдается в тех местах потока, где происходит повышение давления, сопровождающееся столкновением пузырьков пара и его конденсацией. К этим чисто механическим ударным действиям часто присоединяются химические воздействия на металл выделяющегося из жидкости воздуха, обогащенного кислородом, а в отдельных случаях и электролитические воздействия. В результате всех этих явлений, особенно если кавитация длится продолжительное время, происходит разъедание металла: он на большую глубину принимает губчатую структуру.

 

 

 

Абразивная эрозия.

Абразивная эрозия возникает как следствие при пластических деформаций поверхности металла.

Абразивная эрозия. Абразивное изнашивание — это  разрушение материала под действием  твердых, главным образом минеральных  частиц. Абразивно-эрозионное разрушение поверхности детали имеет много  общего с разрушением от трения или  абразивным изнашиванием. Однако эрозию от изнашивания трением в случае абразивного разрушения отличают по тому, как «закреплена» действующая  частица. Если она неподвижна (как  в абразивном круге) — это разрушение от трения. Если частица находится  во взвешенном состоянии в струе  газа или жидкости и воздействует на металл совместно со средой, то наблюдается  процесс абразивно-эрозионного разрушения.

При абразивном изнашивании  преобладает механический фактор, однако степень влияния некоторых других факторов, таких как химические, физические характеристики абразивных частиц, коррозионная стойкость металла  и др., в ряде случаев оказывается  существенной. Во всяком случае механические свойства металлов ( твердость, сопротивление царапанью) однозначно не определяют их сопротивляемость абразивной эрозии. В настоящее время еще нельзя четко сказать, какими свойствами должен обладать металл для высокого сопротивления этому виду разрушения.

Было установлено, что  твердое хромирование в универсальном  электролите ( 250 г. л СгО3) при высоких плотностях тока ( 60 - 70 а / дм2) и температурах ( 55 - 65 С) существенно повышает эрозионную стойкость стали и медных сплавов против абразивного износа. Глубокое анодирование алюминиевого сплава АК4 - 1 ( средняя толщина окисной пленки 0 1 - 0 15мм) также существенно повышает его сопротивление абразивной эрозии ( в десятки раз по сравнению с окисными пленками, получаемыми другими способами анодирования.

Это делается для того, чтобы  предупредить или ограничить возникновение  потенциально опасных и дорогостоящих  осложнений, таких как снижение дебитов  из-за образования песчаных пробок на забое, в обсадных трубах, в фонтанных  трубах или в шлейфах; нарушение  обсадной колонны или фильтра  ( смятие и арозия) вследствие удаления породы из зоны, непосредственно окружающей скважину; абразивная эрозия подземного и наземного оборудования; очистка добытого продукта от песка и удаление этого песка. Рассмотрим эти осложнения более подробно. 

С увеличением эластичности покрытия значительно повышается стойкость  к гидроабразивной эрозии. Таким  образом, уровень эластичности покрытия играет существенную роль при гидроабразивной  эрозии. В отличие от абразивной эрозии, прочность покрытия не оказывает существенного влияния на стойкость к гидроабразивной эрозии. Уменьшение прочности покрытия с 19 5 до 11 0 МПа ( при одинаковой эластичности) практически не сказывается на стойкости к гидроабразивнрй эрозии. Одной из причин этого является, по-видимому, то, что в условиях гидроабразивной эрозии облегчается отвод образующегося тепла через постоянно обновляющуюся водную поверхность и, таким образом, наиболее разрушительный фактор - температурное влияние - здесь сведен к минимуму. При абразивной эрозии происходит сильное разогревание материала и быстрое разрушение его, особенно в случае пониженной прочности. 

В случае абразивной эрозии и при обработке деталей мелкие частицы абразива, имеющие острые углы, будучи взвешенными в струе  воздуха, с силой ударяют о  поверхность металла, вследствие чего они могут быть уподоблены большому числу микрорежущих инструментов, скоблящих, шабрующих, срезающих или истирающих неровности обрабатываемого изделия. Кинетическая энергия частиц, ударяющихся о поверхность металла, пропорциональна квадрату скорости газового потока и при значительной скорости газовой струи может достигать весьма высоких величин. Наносимые в процессе абразивной эрозии на поверхность металла надиры, царапины, а также образующиеся в результате этого микротрещины верхних слоев металла становятся концентраторами напряжений и при многократном воздействии способствуют усталостному разрушению металла.

С увеличением эластичности покрытия значительно повышается стойкость  к гидроабразивной эрозии. Таким  образом, уровень эластичности покрытия играет существенную роль при гидроабразивной  эрозии. В отличие от абразивной эрозии, прочность покрытия не оказывает  существенного влияния на стойкость  к гидроабразивной эрозии. Уменьшение прочности покрытия с 19 5 до 11 0 МПа  ( при одинаковой эластичности) практически не сказывается на стойкости к гидроабразивнрй эрозии. Одной из причин этого является, по-видимому, то, что в условиях гидроабразивной эрозии облегчается отвод образующегося тепла через постоянно обновляющуюся водную поверхность и, таким образом, наиболее разрушительный фактор - температурное влияние - здесь сведен к минимуму. При абразивной эрозии происходит сильное разогревание материала и быстрое разрушение его, особенно в случае пониженной прочности.

Однако применяется также  и характеристика изменения веса. При испытании стойкости покрытий в качестве характеристики эрозионного  износа может служить количество абразивного материала, затраченного на полное разрушение покрытия, или  время, необходимое для снятия определенной толщины покрытия или полного  его уничтожения. Помимо количественных характеристик эрозионного износа могут быть получены и часто используются при исследованиях также и  качественные изменения, происшедшие  в тонких поверхностных слоях  испытуемых образцов. Для этого образцы  подвергаются метал ографическому анализу, причем шлифы изготовляются из участков образца, различно ориентированных по отношению к действовавшей струе. Некоторые установки подобного типа были уже рассмотрены в разделах, посвященных методам изучения газовой и кавитационно-абразивной эрозии. В книге описаны установки, используемые при исследовании чистой абразивной эрозии, при которой сопутствующие процессы термического или кавита-ционного характера почти не проявляются. Установка состоит из бункера с песком, соплового устройства, системы подачи воздуха, крепящего устройства для помещения образца и приемника для сбора отработанного песка. 

 

Электрическая эрозия.

Электроэрозионная обработка, также называемая электроэрозия, основывается на вырывании частиц с поверхности металла импульсом электрического разряда. Если задано расстояние (напряжение) между электродами, погруженными в жидкий диэлектрик, то при сближении электродов (увеличении напряжения) происходит пробой диэлектрика и возникает электрический разряд, с образованием плазмы высокой температуры в канале разряда – это свойство используют электроэрозионные станки.

При обработке твердых  материалов и сложных изделий, особенно эффективны электроискровые методы, т.к. при механическом способе обработки, огромное значение имеет износ инструмента. Электроискровая обработка дешевле в эксплуатации, в сравнении с механической, поскольку в качестве инструмента применяется проволока. Изготовление штампов механическим способом во многом зависит от качества инструмента, стоимость которого в некоторых случаях достигает 50% от всей стоимости обработки. Электроэрозионный станок при обработке этих же штампов расходует инструмента не более чем на 3,5 % от всей стоимости обработки.

Электроэрозия позволяет обрабатывать материал электрическими импульсами не более 0,01 с, ввиду чего выделяющееся тепло не распространяется вглубь материала. Кроме того, давление частиц плазмы при ударе об электрод, способствует эрозии (выбросу) не только расплавленного, ни и разогретого вещества. Электрический пробой всегда возникает по кратчайшему пути, поэтому в первую очередь разрушаются наиболее близкие участки электродов. При приближении одного электрода заданной формы (инструмента) к другому (обрабатываемому материалу), поверхность заготовки принимает форму инструмента. Производительность такого метода и качество поверхности после обработки зависит от параметров электроимпульсов (длительности, частоты, энергии).

Этот метод позволяет  резать металл толщиной до 400 мм. Электроэрозионный  станок отличается высокой точностью  обработки. К недостаткам можно  отнести низкую скорость резания.

 

 

Федеральное агентство по образованию

ФГОУ высшего профессионального  образования

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Заочное отделение

ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА

«Сервис транспортных и технологических  машин и оборудования (нефтепродуктообеспечение и газоснабжение)»

 

 

 

Реферат 

ДИСЦИПЛИНА: Основы работоспособности технических систем.

 

 

 

 

Руководитель  ________«   »       20    г.                                         Д.А.Шупранов

                                  (подпись, дата)                                                (должность)                                   (инициалы, фамилия)        

 

Студент ЗНГ 09-03   062065     _______«    »       20    г.           Д.И.Симанков

                            (номер группы)       (номер зачетной книжки)                         (подпись, дата)                            (инициалы, фамилия)

 

 

 

Красноярск 2013 г.

Содержание

1. Эрозионное разрушение.
2. Газовая эрозия.
3. Кавитационная эрозия.
4. Абразивная эрозия.
5. Электрическая эрозия.