автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Кавитационно-эрозионная стойкость материалов и покрытий в коррозионно-активных жидких средах

На правах рукописи

КОНДРАТ ЗДИСЛАВ

КАВИТАЦИОННО-ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ В КОРРОЗИОННО-АКТИВНЫХ ЖИДКИХ СРЕДАХ

Специальность 05.02.04 - Трение и износ в машинах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Белостокском политехническом институте (Польша).

Научный консультант - заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Л.И.Погодаев.

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Н. А. Буше; доктор технических наук, профессор ЮАФадин; доктор технических наук, профессор ЮАГривнин.

Ведущая организация - ВМА им. адм. НХ.Кузнецова (Санкт- Петербург).

Защита состоится «27» мая 2004г. в 14 ч на заседании диссертационного совета ДС 002.075.01 при Институте Проблем Машиноведения РАН по адресу: 199178, Санкт-Петербург, Большой пр. В.О., д.61.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Проблем Машиноведения РАН. Автореферат разослан « » апреля 2004 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук

АННОТАЦИЯ

В диссертации рассмотрены вопросы надежности деталей, подвергающихся в эксплуатационных условиях динамическому воздействию коррози-онно-активных жидких сред (водных растворов хлорида натрия, технологических жидкостей с показателем рН от 2,5 до 14; воды, содержащей углекислый газ и т.п.) и, как следствие, - интенсивному коррозионному и кави-тационно-эрозионному изнашиванию. Приведены результаты аналитического и лабораторного моделирования процессов изнашивания оборудования, компактных материалов и покрытий. Исследованы критерии износостойкости материалов и покрытий; предложены методы расчетной оценки долговечности оборудования.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В настоящее время надёжность оборудования в значительной степени зависит от изменения размеров и конфигурации ведущих деталей в процессе эксплуатации, вследствие их изнашивания. Поэтому износостойкость оборудования становится всё более важным вопросом в общей проблеме обеспечения достаточной долговечности и надёжности машин и механизмов.

Проблема надёжности оборудования пищевых предприятий, работающих по непрерывному циклу, приобретает особую важность в связи с тем, что их остановка сопряжена не только с убытками от простоя, но и с ухудшением качества пищевых продуктов.

На ремонт изношенного оборудования сахарных заводов Польши ежегодно расходуются десятки миллионов злотых. Текущим ремонтом заводского оборудования занимается около 20% рабочих от общей численности персонала заводов, а в плановые ремонтные периоды на восстановление технологического оборудования отвлекаются почти все рабочие предприятий. В связи с этим, повышение износостойкости оборудования пищевых предприятий является весьма актуальной задачей для народного хозяйства Польши и других стран, где решзются аналогичные проблемы.

Большое количество деталей технологического оборудования свеклосахарных заводов подвергаются кавитационно-эрозионному (КЭ) изнашиванию. Этот вид изнашивания встречается в центробежных и вихревых насосах, центрифугах, сепараторах, выпарных аппаратах, трубопроводах и другом оборудовании, в котором происходит интенсивное движение одно- и многофазных жидких сред.

Кавитационно-эрозионное изнашивание деталей является результатом сложного воздействия на них кавитации, эрозионных и химических процессов. Влияние кавитации проявляется

~ РОС. НАЦИОНАЛЬНА»!

БИБЛИОТЕКА I

ударами со стороны жидкости, вследствие захлопывания парогазовых пузырьков, возникающих при местном падении давления. При наличии в жидкости твёрдых частиц, обладающих абразивными свойствами, кавитационно-эрозионный износ интенсифицируется процессами гидроабразивного изнашивания. Наиболее интенсивному кавитационно-эрозионному изнашиванию подвергаются детали проточной части центробежных насосов: внутренние поверхности корпусов, крышки, уплотнения, рабочие колёса.

На сахарных заводах парк насосов составляет около 30% общего количества оборудования. Они применяются для перекачки различного вида технологических жидкостей. Вследствие кавитационно-эрозионного изнашивания ухудшаются характеристики насосов - понижается давление и производительность. Ухудшение технических параметров насосов приводит к перебоям в технологических процессах переработки свёклы.

В некоторых химически-активных средах, например, в диффузионном и сатурированных соках, в жомопрессозых водах, ИЗНОС рабочих колёс центробежных насосов происходит настолько интенсивно, что они не выдерживают и одного сезона работы.

Вопросами кавитационно-эрозионного и гидроабразивного изнашивания материалов и разнообразного оборудования занимались: М.А.Аскаров, В.И.Белый, Н.А.Буше (эрозия подшипников), И.Н.Богачев с сотр., Е.П.Георгиевская, Ю.А.Гривнин, Ю.Е.Зобачев, Н.Н.Иванченко с сотр., В.Я.Карелин, С.П.Козырев, А.И.Некоз, Р.Кнэпп с сотр., Н.С.Пенкин,-Р.Г.Перельман, А.Д.Перник, М.С.Плессет, Л.ИЛогодаев, А.П.Пимошенко, Г.П.Прейс, Н.И.Пылаев, Дж.Спринжер, А.И.Слынько, М.С.Стечишин, МГ.Тимербулатов, А.Тирувенгадам, В.А.Точковой, ИЛ Фадеев, В.В.Фомин, Ю.Н.Цветков, Ю.У.Эдель, К.Прис, Д.М.Хоббс, Ф.Дж.Хэммит и другие исследователи.

Большинство исследований выполнено при кавитации и гидроабразивном изнашивании в пресной водопроводной воде и в водных растворах хлорида натрия.

Работы известных учёных-трибологов и материаловедов: НАБуше, Ю.Н Дроздова, В.Е.Панина, А.В.Чичинадзе, Э.Д.Брауна, Ю.А.Евдокимова отражены в диссертации как примеры эффективной реализации в научных исследованиях новых системных подходов.

Первые исследования кавитационно-эрозиошгого изнашивания технологического оборудования пищевой промышленности выполнены в Киевском технологическом институте пищевой промышленности (ГАПрейс,

A.И.Некоз, В.И.Белый, НАСологуб, А.И.Слынько, М.С.Стечишин,

B.А.Точковой). Методы исследований в этих работах в основном учитывали механическое воздействие среды при кавитационно-эрозионном изнашивании. Однако многие технологические среды являются химически-активными и обусловливают сложный коррозионно-механический характер процессов кавитационно-эрозионного изнашивания. Поэтому при разработке методов повышения, кавитационно-эрозионной стойкости и долговечности оборудо-

вания пищевой промышленности необходимо учитывать комплексное влияние среды на интенсивность процессов изнашивания.

При отсутствии надёжных методик расчета износостойкости и долговечности оборудования, подвергающегося, как правило, динамическому воздействию химически-активных жидких технологических сред, делает приоритетными экспериментальные методы исследований и тщательный анализ статистических данных по изнашиванию оборудования в процессе эксплуатации."

Проблема обеспечения достаточной надёжности оборудования пищевых предприятий ещё далека от своего окончательного решения. При этом вопросы выбора недорогих, но достаточно износостойких материалов и покрытий, в сложных условиях эксплуатации оборудования, в частности, при кавитации и гидроабразивном изнашивании в химически-активных средах, всё еще остаются открытыми, несмотря на то, что к настоящему времени разработано немало ремонтно-восстановительных технологий, новых износостойких материалов и покрытий, открывающих широкие возможности для их применения в сложных условиях коррозионно-механического изнашивания.

Сдерживающим фактором для успешного использования новых материалов и упрочняющих технологий является отсутствие достоверных сведений о закономерностях коррозионно-механического изнашивания деталей в условиях их работы на пищевых предприятиях, в частности, на сахарных заводах, а также отсутствие достаточно объективных критериев, необходимых для обоснованного выбора износостойких материалов и покрытий для деталей в сложных условиях эксплуатации.

Анализ литературы показывает, что почти полувековые исследования закономерностей изнашивания оборудования пищевых предприятий завершились только двумя критериями выбора материалов: коррозионной стойкостью и твёрдостью. Столь скудные результаты многолетних поисков критериев износостойкости материалов в жёстких условиях внешнего воздействия связаны не только с высокой сложностью процессов эрозии материалов в жидких средах, но и с отсутствием достоверных сведений о реакции материалов на внешнее коррозионно-механическое воздействие, а также с не. учётом цикличности, динамического характера, многомасштабности нагру-жения, микроструктуры, жёсткости напряжённого состояния деформируемых микро-, мезо- и макрообъёмов и закономерностей поверхностной усталости материалов.

Очевидно, что без установления объективных критериев износостойкости материалов и покрытий в коррозионно-активных жидких средах, успешное решение проблемы повышения надёжности оборудования пищевых производств представляется затруднительным, а в ряде частных случаев -невозможным.

Цель диссертационной работы.

Основной целевой установкой автора является раскрытие основных закономерностей кавитацнонной эрозии материалов и деталей, работающих в химически-активных средах.

При этом большой научный и практический интерес представляет решение следующих частных задач:

- выбор лабораторного оборудования и методов исследования;

- разработка современных структурно-энергетических моделей изнашивания материалов с неоднородной структурой;

- выявление объективных критериев износостойкости материалов в химически-активных жидких средах;

- установление влияния коррозионного фактора на общий кавитационно-эрозионный износ материалов;

- разработка ускоренных методов оценки износостойкости материалов и покрытий в химически-активных жидких средах;

- выявление закономерностей КЭ композиционных покрытий на полимерной и металлической основах;

- разработка способов повышения надёжности оборудования пищевой промышленности.

Методы исследований.

Применялись теоретические и экспериментальные методы исследований с использованием оригинальных установок и приспособлений.

Испытания материалов на кавитационную эрозию производили на ультразвуковых установках (с магнитострикционным вибратором и пьезоке-рамическим преобразователем) и на специальном стенде с гидродинамической трубой, в которой наиболее полно отражаются реальные условия кави-тационно-эрозионного изнашивания.

Кинетику сопутствующих кавитационно-эрозионному изнашиванию коррозионных процессов в агрессивных средах исследовали с применением потенциостата.

Для моделирования коррозионных процессов при исследованиях кави-тационно-эрозионной стойкости металлов применяли одновременно анодную поляризацию.

Исследования проводили в диффузионном и сульфатированном соках свеклосахарного производства, в водопроводной воде, в воде с добавкой СО1 и в водных растворах хлорида натрия.

При анализе энергетических критериев износостойкости материалов использовали методы механики сплошных сред с гетерогенной структурой.

Для оптимизации условий эрозионных испытаний материалов на лабораторных стендах, в частности, на МСВ, использовали метод планирования эксперимента и соответствующие регрессионные модели.

При исследовании характера эрозионного разрушения поверхности материалов использовали статистические методы материаловедения, металлографию, склерометрию и метод ферромагнитного резонанса.

При обработке результатов исследований привлекали методы теории вероятности и математической статистики.

Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:

- в применении структурно-энергетического подхода к условиям коррозионно-кавитационно-эрозионного изнашивания материалов и покрытий в химически-активных средах с учётом масштабных уровней внешнего нагружения и особенностей поведения изнашиваемых материалов при масштабных переходах;

- в разработке структурно-энергетической модели совместного кор-розионно-механического изнашивания материалов и покрытий на каждом масштабном уровне внешнего нагружения с оценкой эффективности физико-механических критериев износостойкости;

- в количественной оценке относительного вклада коррозионного износа и потерь массы от действия механического фактора в совместный износ материалов в коррозионно-активных жидких средах с учётом масштабных эффектов;

- в использовании иотенциостатического метода исследования совместного воздействия коррозионного и механического факторов на износостойкость материалов, позволяющего при ускоренных испытаниях образцов на лабораторных установках достаточно достоверно воспроизводить условия КЭ оборудования при эксплуатации в коррозионно-активных жидких технологических средах. Метод был впервые использован нами, для исследований коррозионных процессов при гидродинамической кавитации.

Практическая ценность работы заключается:

- в разработке инженерных расчётных методов прогнозирования ка-витационно-эрозионной стойкости широкого круга материалов и покрытий в коррозионно-активных жидких технологических средах;

- в накоплении банка данных по относительной кавитационно-эрозионной стойкости сталей, чугуна, сплавов цветных металлов, газо-термических покрытий из различных сочетаний металлических порошков и покрытий на синтетической основе, применяемых для защиты новых деталей и восстановления изношенных;

- в установлении критериев кавитационно-эрозионной стойкости материалов и покрытий с неоднородной структурой, позволяющих осуществить оперативную оценку долговечности деталей, работающих в коррозионно-активных средах и структурных критериев,

являющихся основой при создании новых износостойких материалов и покрытий;

- в создании дисциплины «Надёжность оборудования пищевых производств», включающей лекции и практические занятия, в содержании которых использованы основные результаты диссертационной работы;

- в положительных результатах производственного внедрения практических разработок автора: А/-Л'-сплава для серийного изготовления рабочих колёс центробежных насосов, перекачивающих диффузионный сок; ремонтно-восстановительных композиций на эпоксидно-каучуковой основе; упрочнения поверхности деталей диффузионным вакуумхромированием.

Достоверность результатов: научных положений, рекомендаций и вьшодив подтверждается и обеспечивается:

- выбором и использованием современного лабораторного оборудования и экспериментальных методов, адекватно отражающих процессы кавитационно-эрозионного изнашивания деталей, подвергающихся локальному динамическому воздействию коррозиоиио-активных жидких сред;

- корректной модернизацией структурно-энергетических моделей изнашивания материалов, достаточно проверенных в исследовательской практике и на производстве, применительно к новым условиям работы материалов и оборудования в коррозионно-активных жидких средах (в водных растворах хлорида натрия, в диффузионном и сульфатированном соках, в воде с углекислым газом и т.п.);

- исследованием кавитационно-эрозионного изнашивания компактных материалов и покрытий на крупномасштабных стендах, непосредственно подключённых к промышленным магистралям с непрерывным гидротранспортом диффузионного сока;

- адекватностью структурно-энергетических моделей эрозионной стойкости материалов, полученных в работе методами механики сплошных сред, вероятностной модели эрозионной стойкости твёрдых поверхностей, полученной методами гидромеханики Ю.А.Гривниным (формула 6);

- удовлетворительной корреляцией результатов лабораторных исследований кавитационно-эрозионной стойкости материалов с результатами эксплуатации деталей, изготовленных из этих материалов, в производственных условиях.

Основные положения, представленные к защите:

- результаты экспериментальных исследований основных закономерностей кавитационно-эрозионного изнашивания представительного набора металлических материалов и покрытий в

набора металлических материалов и покрытий в коррозионно-активных жидких средах;

- структурно-энергетическая модель процесса коррозионно-кавитационно-эрозионного изнашивания материалов и покрытий в химически-активных жидких средах и критерии их износостойкости;

- инженерные методики расчёта относительной износостойкости и долговечности материалов и покрытий в коррозионно-активных жидких технологических средах пищевых производств.

Личный вклад автора.

В диссертации изложены результаты многолетних исследований, полученные автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками Киев-скош института пищевой промышленности - проф. д.т.н. Некозом А.И., Сологубом НА, к.т.н. Литвиненко ОА, Белостокского политехнического института - к.т.н. Конопко Г., Крупичем Б., Гейфтом Р., Лукашевичем К., а также совместно с к.т.н. Стещишиным М.С.

При этом лично автору принадлежат: направление работы, постановка задач, программа и методология исследований; организация, планирование и проведение экспериментальных исследований; обработка и обобщение экспериментальных исследований, построение математических моделей и установление основных закономерностей; разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий в промышленности.

Автор выражает признательность наставникам и научным консультантам, д.т.н., профессорам Л.И.Иогодаеву и АИ.Некозу за многолетнюю воспитательную и научную помощь, благодаря которой оказалось возможным представить исследования в виде настоящей диссертации.

Реализация результатов работы.

Разработаны и проверены в производственных условиях рекомендации по повышению долговечности деталей насосов свеклосахарных заводов за счёт применения износостойких материалов и износостойких покрытий: алюмшшево-кремнистых сплавов и вакуумдиффузионных хромовых покрытий. На свеклосахарном заводе «Лапы» была внедрена инновация - рабочие колёса насосов для прокачивания диффузионного сока, изготовленные из сплава алюминия АК9. Рабочие колёса насосов из сплава алюминия АК9, после упрочняющей термической обработки, успешно работали в течение V х сахарных кампаний, после чего не было обнаружено существенных признаков износа.

Экономическая польза от применения рабочих колёс из сплава алюминия АК9 только на одном предприятии составляет около 200 долларов в год.

Материалы докторской диссертации внедрены в учебный процесс при преподавании дисциплин, читаемых на механическом факультете, таких как:

1. «Основы эксплуатации машин» - при подготовке лекций по разделу «Методы повышения износостойкости и долговечности деталей машин».

2. «Эксплуатация машин и оборудования пищевой промышленности» - при проведении лабораторных работ и подготовке лекций по разделам: «Исследование кавитационно-эрозионной стойкости материалов в коррозионно-активных средах», «Методы повышения износостойкости и долговечности деталей оборудования, работающих в коррозионно-активных средах пищевых производств».

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на II отечественной коррозионной конференции «Коррозия '87» (г. Краков, 1986г.), VIII отечественной конференции «Механика жидкостей» (г. Беловежа, 1988г.), VI отечественной конференции «Машиностроение к эксплуатация оборудования пищевой промышленности (БЗмС)» (г. Гданьск, 1993г.), научном семинаре секции основ эксплуатации Комитета научных исследований Польской Академии Наук (г. Белосток, 1994г.), V международном симпозиуме «С&СР '95» - CREF.P and COUPLED PROCESSES (г. Белосток-Беловежа, 1995г.), международной технической конференции «Разработка и введение прогрессивных и ресурсоэкономных технологий в пищевой промышленности» (г. Киев, 1997г.), международном симпозиуме «Проблемы машиностроения и эксплуатации сельскохозяйственных машин» (г. Киев, 1997г.), VIII научно-технической конференции «Машиностроение и эксплуатация оборупования пищевой промышленности (БЭМС)» (г. Белосток, 1998г.), VI международной технической конференции «Разработка и введение прогрессивных и ре-сурсо- и энергоэкономных технологий в пищевой промышленности» (г. Киев, 1999г.), VIII международном симпозиуме «Проблемы машиностроения и эксплуатации сельскохозяйственных машин» (г. Полоцк, 2001г.), международной научно-практической конференции, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга: «Безопасность водного транспорта» (г, Санкт-Петербург, 2003г.), международной научно-технической конференции (г. Киев, 2003г.).

Публикации.

Основные положения диссертации опубликованы в 49 печатных работах, в т.ч. в монографии и 2-х брошюрах.

Структура и обьем работы.

Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения и приложений. Содержит 251 страницу машинописного текста, в том числе 20 таблиц и 57 рисунков. Список литературы включает 169 наименований библиографических источников. Приложение занимает 28 страниц.

и

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, показана её научная и практическая значимость, сформулированы цель и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дана характеристика основных сред свеклосахарного производства (диффузионный сок (рН 6,2- 6,5), среды сокоочистительного отделения сульфатированный сок, кроме того, содержит раство-

ренный сернистый, а сатурированный - углекислый газ, жомовая вода является кислой средой с рН 3,5-4,5) и общая характеристика явлений и процессов, протекающих в кавитационно-эрозионных условиях работы деталей оборудования. Показано, что в условиях свеклосахарного производства ка-витационно-эрозионное и гидроабразивное изнашивание является одной из основных причин быстрого выхода из строя различного оборудования. Были установлены основные причины и закономерности изнашивания деталей

Наиболее интенсивно изнашиваются детали проточной части насосов -внутренние поверхности корпусов, крышки (рис Л), рабочие колёса (рис 2) в средах с высокой коррозионной активностью: диффузионном и сульфатированном соках, в средах, насыщенных СО2 (рис. 1 и 2), и других, с относительной скоростью движения до 30 м/с.

Рис. I. Изношенная крышка насоса в Рис.2. Разрушенное рабочее колесо диффузионном соке насоса в жомовой воде

Проблемой изнашивания деталей в средах свеклосахарного производства занимались А.И.Некоз, В.И.Белый, ВАТочковой, А.И.Слынько. Однако в их, исследованиях отсутствовал анализ закономерностей процесса кави-тационно-эрозионного изнашивания во взаимосвязи с коррозионным воздействием технологаческих сред свеклосахарного производства, что и определило главную цель наших исследований.

Разделы работы посвящены исследованию механизмов кавитационной эрозии, влиянию свойств жидкости на интенсивность КЭ, особенностям гидроабразивного изнашивания (ГА) при кавитации и вопросам влияния коррозионного фактора на интенсивность КЭ.

Аналитический обзор выполненных исследований указывает на необходимость учёта особенностей влияния коррозионного фактора на интенсивность общего процесса изнашивания материалов и деталей машин при кавитации. При этом важное значение приобретает обоснованный выбор лабораторного оборудования и методов исследования, достаточно достоверно воспроизводящих условия изнашивания оборудования в производственных условиях.

В натурных условиях кавитационное разрушение материалов может происходить как в результате возникновения высоких давлений на изнашиваемых поверхностях, так и вследствие протекания электрохимических процессов. Соотношение между этими факторами в зависимости от уровня внешней энергии может изменяться в широких пределах.

Сделан анализ теорий кавитационного изнашивания: Кука, М.Корнфельда, Л.Суворова, М.Г.Тимербулатова, С.П.Козырева, Рассмотрены особенности воздействия ударных волн в жидкости на материалы с учётом их микроструктуры и рельефа поверхности. Молено считать, что при ударах микроструй жидкости и взаимодействии ударных волн с препятствиями имеет место высокоскоростное деформирование при средней длительности деформирующего воздействия отдельного микроудара около 106 с.

В этих условиях динамический предел текучести обычно превышает статический предел текучести; в материале при быстром нагружении происходит распространение упругих и пластических волн деформации. При нормальном падении на деталь ударной волны в воде поверхность детали, представляющая собой жёсткую границу, в любой момент испытывает удвоенное давление той части волны, которая в данный момент достигает границы.

Выступы и впадины различной конфигурации на поверхности детали могут увеличивать или ослаблять локальные давления, производимые ударной волной.

В результате проведённого анализа можно сделать вывод, что поверхностные разрушения при гидродинамической и вибрационной кавитации следует связывать в первую очередь с плотностью мощности ударных волн, воздействующих на материалы при несимметричном захлопывании пузырьков, продавливании кавитационных полостей с образованием кумулятивных струй жидкости и при других подобных явлениях, происходящих вблизи граничной поверхности.

Проведён анализ интенсивности местного гидроабразивного изнашивания. Рассмотрены особенности протекания совместного изнашивания от ударов микрообъёмов жидкости и абразивных частиц при наличии различных препятствий в потоке, а также генезис гидродинамических кумулятивных струй.

Анализ результатов выполненных исследований по широкому кругу вопросов, связанных с кавитацией, коррозией и гидроэрозией оборудования, а также целенаправленное изучение этой проблемы в условиях свеклосахар-

ного производства, позволил сформулировать цель основной и частных задач исследований - раскрытие основных. закономерностей кавитациошюй эрозии материалов и деталей, работающих в химически-активных средах.

Вторая глава посвящена аналитической модели кавитационно-эрозиошюго изнашивания материалов. При этом автор опирался на основные положения структурно-энергетического подхода, используемого представителями . целого ряда научных школ, решающих задачи, связанные с прочностью и эрозионной стойкостью материалов с учётом их структуры и энергоёмкости на различных масштабных уровнях внешнего воздействия (нагружения) и соответствующей разномасштабной реакции материалов на эти воздействия различной интенсивности.

Исходные энергетические принципы поведения материалов при повторном динамическом нагружении согласуются с моделями усталости материалов В.СИвановой, и представителей созданной ею научной школы (В.Ф.Терентьева, Л.Р.Ботвиной, Л.К.Гордиенко, А.С.Баланкина,

A.А.Оксогоева и др.). Согласно представлениям В.С.Ивановой с сотрудниками магериал разрушается после насыщения деформируемых объёмов внутренней энергией критической плотности. Так же, как в моделях

B.С.Ивановой в работе учитывается неравномерность насыщения продуктов изнашивания внутренней энергией и возможность выражения энергетического критерия через микроструктурные физико-механические и термодинамические характеристики изнашиваемых материалов.

В качестве исходной модели эрозии металлических материалов принято соотношение подведённой (внешней) энергии к её плотности в деформируемом объёме материала в момент превращения его в продукты изнашивания. На основании исходного соотношения и энергетического баланса при деформировании материала в виде

где £х - общая затраченная энергия; Амы - механическая составляющая энергии; - тепловая составляющая; лс/е и А1/т - потенциальная и тепловая кинетические части внутренней энергии соответственно; - часть энергии фазовых превращений, изменяющая внутреннюю энергию материа-, ла; - необратимая (тепловая) часть энергии фазовых превращений

объёме материала - часть поглощённой энергии деформации, рассеян-пая в виде тепла в окружающей среде, было получено уравнение объёмного-износа материалов за фиксированный период времени

где еопМх - опытная постоянная (зависит от масштабов нагружения и структуры деформируемых материалов); - текущая скорость внешнего воздействия и её критическое значение , соответствующее разрушению мате-

Ег = Ащ, + & == Л^е + + А^фс + + 0;

риала на конкретном масштабном уровне изнашивания; Е^ и Е^ - удельная энергоёмкость материалов в момент разрушения и перед началом изнашивания соответственно.

Опираясь на результаты исследований В.И.Владимирова, В.Е.Панина, Ю.И.Мещерякова, СААгрошенко, Л.И.Погодаева, в работе отмечается, что различным масштабным (структурным) уровням внешнего нагружения соответствует различная энергоёмкость изнашиваемых материалов и существенно неодинаковые значения энергетического критерия сопротивления эрозии. Различным масштабным уровням нагружения соответствуют разные глубины распространения упруго-пластических деформаций в изнашиваемых материалах и неодинаковая крупность частиц износа, отделяющихся от поверхности деталей.

Можно полагать, что энергоёмкость материалов на различных масштабных уровнях нагружения соответствует различным энергиям активации преобладающих механизмов атомно-молекулярных перегруппировок. Согласно исследованиям К.АОсипова, В.В.Фёдорова и других учёных, возможный диапазон дискретного изменения плотности энергии активации достаточно широк и в зависимости от структуры материала и характера внешнего ншружения может изменяться примерно в 5 раз.

На графиках поверхностной усталости изнашиваемых материалов, построенных в координатах с логарифмическими шкалами, масштабные переходы сопровождаются характерными изломами, разделяющими общую зависимость на 2-3 отдельных участка с различными наклонами к оси, на кото-

ветствуюгцие давления гидроудара pl »(рс^и, (рм - плотность изнашиваемого материала; - скорость звука; произведение - акустическое сопротивление материала). Различные угловые коэффициенты' упомянутых выше участков при степенной аппроксимации опытных точек на графиках поверхностной усталости дают частные зависимости типа

NKPt * const, 1{р-и$л, 0)

в которых N„„ - критическое число импульсов давления (скорости гидроударов), пропорциональное при частоте импульсов ot так называемому инкубационному или аккумуляционному периоду накопления повреждений так, на протяжении которого износ материала отсутствует или весьма незначителен); const; - опытная константа, соответствующая критическому давлению или критической скорости т.е. когда изнашиваемый материал разрушается при воздействии единичного внешнего импульса; n - показатель степени, ступенчато изменяющийся при масштабных переходах, чаще всего удваиваясь при переходе от более - к менее жёстким условиям внешнего воздейспвия. В случае преобладания мезоструктурных

процессов деформирования при динамическом воздействии кавитации на материалы я, в (I) равно 5,5...6,0. Коэффициент А, в (1) учитывает влияние на долговечность материалов коррозионно-активной среды.

Представив правую часть формулы (1) в виде отношения критической плотности потока энергии (мощности) соответствующей предельной

энергоёмкости изнашиваемого материала Еуд при Л^р=1,к осреднённой плотности потока энергии внешнего импульсного воздействия м/,, запишем

Объёмный износ материала ДК при кавитационно-эрозионном изнашивании при наличии N с учётом отношения (2) определится выражением

АК

кхп,

erf(k2AN) = k:

"Р/

erf{k2bN\ (3)

где ДГ0, к2 и /с3 - опытные постоягаше; erf(k2AN) - кинетическая функция КЭ в форме интеграла вероятностей.

При п, =3,0; 6,0 и 12 (для макро-, мезо- и микромасштабных уровней соответственно) при N = const из (3) следует зависимость износа от свойств изнашиваемых материалов

A V*kJW.

(4)

4 ' '' кр

где к4 и к$ - опытные коэффициенты.

Относительная кавитационно-эрозионная стойкость материала в сравнении с эталоном в случае преобладания процессов деформирования на ме-зоструюурном уровне на основании (4) окажется равной

к&у -

AV.

W.

*Pi

«р, у

Еуд,

Е

Кр,

\V*P,J

(5)

Соотношения (5) имеют многочисленные экспериментальные подтверждения и указывают на то, что энергетические характеристики 1УК/>,

Еуд, > °кр и ^кр[ткр) могут быть использованы в качестве объективных критериев эрозионной стойкости материалов (рис.3).

В результате сопоставления зависимостей полученных при

испытании материалов в пресной воде (кривая I на рис.За) и в водных растворах хлорида натрия (линия II на рис.Зб) оказалось возможным впервые оценить влияние коррозионно-активной жидкой среды на энергоёмкость и эрозионную стойкость металлических материалов, т.е. установить конкрет-

ное значение коэффициента А, в соотношениях (1-5). Для зависимостей I и II оказалось справедливой обратная пропорциональность между иим и £°™в виде ииЪ1 » Е~", в которой п = 1,5 для пресной воды и « = 1,0 для водных растворов ЫаС1.

Таким образом, параметр в формулах (1-5) оказался равным ~ 2/3. Это указывает на существенное (~50%-ое) ужесточение условий корро-зионно-механического изнашивания металлических материалов в химически-активных жидких средах. Для обеспечения одинаковой скорости эрозии детали в пресной воде и в растворах МаС1 энергоёмкость материала следует увеличить на коэффициент к)г пропорциональный

(е7')|/2 или о:;\

_я

Т-1-1-1-1—|---1-Т ■ "I I

--—-■—'—*—1огн ----—- ЯХ

1 я з 4 е s ю Еуо 1,0 1,2 ¡4 i,s i,s 2,0 грЕр Рис.3. Зависимость скорости эрозии от энергоёмкости сталей (линия I на рис. а) и никеля (линия П на рис. б)

Взаимосвязь энергетических критериев WKp [ß^ j - линия III на рис. а: 1

- сталь 1Х18Н9Т; 2 - латунь JI62; 3 - медь МЗ; 4 - сплав на основе алюминия АД1М. Испытания образцов на МСВ в пресной воде (а) и в растворах хлористого натрия различной концентрации (б) (от 0 до 20%).

Справедливость предложенной модели кавитационно-эрозионного изнашивания металлических материалов удовлетворительно согласуется с результатом исследований Ю.А.Гривнина, который в гидродинамической трубе исследовал влияние критической плотности потока мощности деформации j нержавеющей стали, меди, латуни и дюралюминия-на чатшу ш

эрозионноспособных кавитационных импульсов при скоростях потока в диффузоре, равных 37; 30,4 и 22,2 м/с. Обработка опытных данных Ю.А.Гривнина дала для каждой скорости потока экспоненциальные зависимости

(D=coüexp{-kJKp), (6)

а затем на их основе дня каждого металла соотношение

^ = (6а)

совпадающее на мезоуровне с уравнениями поверхностной усталости (1) и (2) при кавитационно-эрозионном изнашивании металлов в пресной воде.

Использование критической скорости динамического нагружения (скорости гидроудара) в качестве критерия эрозионной стойкости металлических материалов в сравнении с другими характеристиками (Еуд> №кр и

т.п.) имеет определённые преимущества. Это связано с тем, что икр можно

турно-чувствительной характеристикой, учитывает масштабные уровни на-гружения, особенности проявления хрупкого разрушения и склонность материалов к деформационному упрочнению при переносе энергии в изнашиваемых объёмах волнами упругих и пластических деформаций. Критическая скорость удара отражает особенности динамического воздействия на поверхность материалов импульсных кумулятивных струй жидкости, возникающих при несимметричном замыкании парогазовых пузырьков и каверн при кавитации. На основании анализа генезиса гидродинамических кумулятивных струй в работе впервые показана возможность существенного увеличения их скорости (~ в 1,5 раза) под влиянием пульсаций давления в турбулентном пограничном слое.

В общем случае икр материала с гетерогенной структурой можно представить в виде суммы упругой и пластической составляющих

1 £ м Е

УпР

+икр =

VI ин Ш 1 и 1

\ 1/2

+ I и-х^)

¿е, (7)

О \Ру ""ту

где и р^ - концентрация и плотность к -ой составляющей гетерогенного материала; индексами 0 и р обозначены невозмущённое и деформированное до относительного удлинения состояние материала соответственно; индекс р характеризует деформацию более упругих в сравнении с основой фаз; верхние повторяющиеся индексы (к) означают суммирование; с0 -скорость распространения звука в материале; - деформация разрушения материала; ру - массовая плотность материала на уровне предела упругости; - энергия деформационного упрочнения; Аеы - относительная деформация разрушения за вычетом упругого вклада.

Уравнение (7) может быть выражено через известные физико-механические характеристики материала

определить инструментально по известным методикам; является струк

где су, сгь, Е и е^,, - пределы текучести и прочности, модуль упругости и

равномерное удлинение материала соответственно при испытании образцов на растяжение; кф - коэффициент формы, учитывающий конфигурацию

кривой деформационного упрочнения ст(г); - коэффициент, учитывающий влияние химически-активной среды.

Недостатком формулы (8) является то, что она соответствует поведению материалов при растяжении, что не во всех случаях совпадает с напряжённо-деформируемым состоянием изнашиваемых объёмов материалов при кавитации, которое может быть менее жёстким и кроме напряжений растяжения подвергаться воздействию напряжений сжатия и сдвига.

Соотношения (7) и (8) указывают на линейную зависимость оКр от сгь. Анализ накопленных экспериментальных данных показывает, что линейность оч1(аь) на макроуровне существует лишь для сталей и сплавов цветных металлов при сч < 800 *'ЯТа. Для более прочных металлов при увеличении аь происходит резкое снижение икр .В то же время для , опре-

делённой по кривым поверхностной усталости, построенным по результатам испытаний образцов на МСВ при различных амплитудах вибрации, единая линейная зависимость от Оь сохраняется вплоть до аь = 1000 МПа. При этом для сталей, имеющих аь =800 МПа, в 14,5 раз превышает окр, определённые при макроударных испытаниях.

Приведённые сопоставления указывают на необходимость учёта при оценке кавитационно-эрозионной стойкости материалов (по любым физико-механическим критериям) масштабных уровней динамического воздействия и соответствующей жёсткости напряжённо-деформированного состояния изнашиваемых объёмов.

Из формул (7) и (8) вытекает степенная зависимость икр от энергоёмкости материалов Еги~Еу<), имеющая удовлетворительное экспериментальное подтверждение (рис.4). Хорошо согласуется с опытными данными частная кубическая зависимость вытекающая из (5), а также линейная зависимость и^ от концентрации, образующейся в результате фазовых превращений при изнашивании, упрочняющей фазы в (8) и кубическая зависимость относительной эрозионной стойкости от относительного содержания в изнашиваемых микрообъёмах частиц второй фазы (5) (рис.5).

Важно отметить, что при замене пресной воды 3%-ным раствором хлористого натрия, т.е. после учёта коэффициента к1 в (5) и (8), эрозионная стойкость сталей существенно понижается и кубическая зависимость I превращается в квадратичную II (рис.5).

2 4 6 К 10 20 Е„-Ж\Ша

Рис.4. «Зависимость критических скоростей удара икр от удельной энергии деформации

Рис.5. Зависимость относительной ка-витационно-эрозионной стойкости никелевых аустенитных сталей от количества мартенсита деформации при испытании на струеударном стенде (Г.В.Коротушенко). Стали: 1 - 45Н19; 2 - 40Н21; 3 - 80Н15; 4 - 20Ш4; 5 -100Н12; I - испытания в пресной воде; II - в 3%-ном растворе ИаС1

В заключительном разделе главы показана взаимосвязь структуры и свойств жидкости при гидродинамической и вибрационной кавитации с критическими параметрами кавитации Кк и начала эрозии- 03, в частности, соотношение

Ке.-^и Яе^, - числа Рейнольдса при гидродинамической и ультразвуковой (вибрационной) кавитации; М - число Маха, равное О^/с.

Структурно-энергетическая модель кавитационно-эрозионного изнашивания ма1ериалов с учётом влияния химически-активной жидкой среды, реферагивно отражённая соотношениями (1-9), позволяет прогнозировать износостойкость и долговечность оборудования. Совпадение основных ма-териаловедческих решений (1-5), (7) и (8) с результатами оценки долговечности материалов, полученными при анализе эрозионного воздействия кавитации на твёрдые поверхности методами теоретической гидромеханики (см. формулы 6 и 6а), указывает на возможность создания обобщённой аналитической (расчётной) модели кавитационно-эрозионного изнашивания материалов.

В третьей главе обосновывается выбор методов исследований, и представляются лабораторные установки, с использованием которых были проведены эксперименты.

Анализ существующих методов изучения кавитации и возможность достижения поставленных целей позволили принять установку с гидродинамической трубой и потенциосялический метод исследований, сопутствующих кавитации коррозионных процессов, а также ультразвуковые установки. Для моделирования коррозионных процессов на ультразвуковых установках применяли анодную поляризацию.

Она включает: насос 1, всасывающую 2 и напорную 7 трубы, испытательную камеру 9, вспомогательную арматуру - вентили 4, 5, 6, 10 и приборы для измерения давления 13 и температуры 9. Центробежный насос 1 нагнетает рабочую жидкость по трубопроводу 7 в испытательную камеру. Вентили 4 и 10 служат для отключения установки от заводской магистрали 3, а 5 и 6 -для регулирования скорости жидкости в напорном трубопроводе и в испытательной камере. Скорость потока жидкости измеряется диафрагмой II с дифманометром 12. Манометры 13 предназначены для контроля давления-рабочей жидкости в напорной части трубопровода.

Гидродинамическая труба была подключена к заводской магистрали на свеклосахарном заводе «ЛАПЫ» в ПНР.

Основным узлом в установке является испытательная камера, представленная на рис.7.

Рис.6. Схема установки с гидродинамической трубой

Рис.7. Устройство испытательной камеры: 1 - корпус камеры; 2 -верхняя крышка; 3 - испытуемый образец; 4 и 15 - втулки; 5, 12, 17 -резиновые кольца; 6 - фторопластовые втулки; 7 - изолирующая пластинка; 8 - конфузор; 9 и 20 - прижимающие крышки; 10 - основание вспомогательного электрода; 11 -винт-препятствие; 13 - диффузор; 16 - электрод сравнения; 18, 19 -прозрачные крышки

Камера предназначена для исследования кавитационно-эрозионной стойкости материалов и проведения потенциостатических измерений для определения токов коррозии при кавитации. Камера изготовлена из нержавеющей стали. Посредством конфузора 8 и диффузора 13 она подсоединена к нагнетательному трубопроводу установки. Рабочее пространство камеры сечением 25x8 мм образуется четырьмя съёмными крышками 2, 17, 18, 19, которые крепятся к корпусу 1. Крышки 17, 18, 19 выполнены из органического стекла, что обеспечивает возможность наблюдения за кавитационной каверной. В верхней крышке 2 устанавливается испытуемый образец 3 и ввёртывается винт 11с головкой в виде Цилиндра диаметром 8 и высотой 7 мм, выполняющего роль препятствия и возбуждающего в движущемся потоке жидкости гидродинамическую кавитацию.

При гравиметрических измерениях испытуемый образец представляет собой стержень 3 диаметром 8 мм; при погенциостагических - стержень диаметром 5 мм с насаженной фторопластовой втулкой и выполняет одновременно роль рабочего электрода. В последнем случае резиновое кочьцо 5,

сжимаемое втулкой 4, выполняет роль уплотнителя и одновременно фиксирует положение рабочего электрода в крышке.

Исследования при кавитациопио-эрозионном изнашивании образцов в ГТ проводили при температуре рабочих сред 25...30 °С и давлении в напорной части установки 0,22 МПа.

Основными узлами ультразвуковой установки являются: ультразвуковой полупроводниковый генератор ИБ 20 мощностью 160 Вт с ультразвуковым вибратором с резонансной частотой колебаний 22 кГц; приспособление для крепления вибратора, термостат для термостатирования рабочей среды с точностью 0,1°С. Ультразвуковая часть установки состоит из полупроводникового генератора и ультразвукового концентратора. Электрические колебания, генерируемые высокочастотным генератором, преобразуются пьезоке-рамическим преобразователем излучений в механические упругие колебания соответствующих частот, которые через экспоненциальный излучатель из титанового сплава ВТЗ, непосредственно вводятся в рабочую среду.

Основной аппаратурой для потенциостатических измерений были: по-тенциостат ЕР 21 и генератор ЕО 20 польскою производства. Исследования проводили по схеме 3-х электродов: рабочего, вспомогательного и сравнительного.

Принцип исследований заключался в определении значений токов поляризации между рабочим и вспомогательным электродами в зависимости от электрохимического потенциала рабочего электрода, измеряемого относительно электрода сравнения.

При коррозионных испытаниях в качестве испытуемого образца использовали электрод диаметром 5 и длиной 50 мм из испытуемого материала.

Электрохимические процессы исследовали в потенциодинамическом режиме. Скорость развёртки потенциала рабочего электрода во всех опытах была постоянной и составляла 1 мВ/с.

По полученным значениям токов поляризации и площади поверхности рабочего электрода (0,196 см2) методом экстраполяции прямолинейных та-фелевских участков в область малых перенапряжений определяли плотность тока коррозии.

Четвёртая глава посвящена исследованию закономерностей кавита-ционно-эрозионного изнашивания с учётом коррозионной стойкости материалов.

Основной объём исследований выполнен на магнитострикционной установке с потенциостатом. Поляризационные кривые снимали в потенцио-динамическом режиме. Количественная оценка влияния электрохимической коррозии при ультразвуковой кавитации производилась по токам коррозии, которые определялись путём экстраполяции тафелевских участков поляризационных кривых в область малых перенапряжений. Интенсивность изна-шиоапия определялась весовым методом. Ошибка при определении потерь

массы образцов по току коррозии в сравнении с весовым методом составила 6,3-14%.

В первой серии испытаний определяли интенсивность кавитационной эрозии (КЭ) и скорость коррозии (СК) в пресной воде и в 3%-ном растворе ИаС1 образцов: Бе-Армко; Ст.45; сплава Д16Т: стали 12Х18Н10Т и сплавов титана: ВТ-1-0; ВТ6С; ОТ4; ВТ14 и ВТ9.

Наибольшая СК обнаружена в (3-5)%-ном растворе ИаС1. При этом СК перечисленных материалов (в статике) в 3%-ном растворе хлористого натрия возрастает в несколько раз, а для углеродистых сталей более, чем на порядок.

Потери массы материалов в воде с 3%-ным ИаС1 при испытании на МСВ увеличились в среднем в 2 раза, а износ сплава ВТ6С возрос в 3 раза. Интенсивная эрозия нержавеющей стали в 3%-ном растворе ИаС1 с наложением ультразвуковых колебаний протекает по следующей схеме. Сначала у Пассивной пленки стали концентрируются иокы хлора, затем в местах выхода дислокаций происходит пробой плёнки, селективное растворение никеля с превращением у в а-фазу, выделение и диффузия водорода в металл, рост и хрупкое раскрытие поверхностных трещин. В итоге КЭ нержавеющей стали резко увеличивается (в основном, за счёт селективного растворения микрообъёмов металла и его водородного охрупчивания). Происходящее при этом локальное подкисление среды снижает водородный показатель с 8 до 2,3-

Титановые сплавы обладают высокой эрозионной стойкостью в хло-хлоридных растворах, тем не менее они склонны к солевой корозии и водородному охрупчиванию при длительной эксплуатации оборудования.

При интенсивном микроударном воздействии в 3%-ном растворе ЫаС1 общие потери массы материала АС^ можно определить, если известны аналогичные потери массы для эталонного материала АС^ , потери

массы эталона в пресной воде и коэффициент относительной эрозионной стойкости сравниваемого материала в пресной воде ) , по форму-

Влияние амплитуды колебаний МСВ на долю коррозионных потерь массы при испытании стали Ст.45 уменьшается с увеличением амплитуды: с 15,3% при А=5 мкм до 3,8% при

А=40 мкм, т.к. в жёстких условиях внешнего нагружения механический фактор в общей эрозии преобладает над коррозионным. При этом потери массы на коррозию в пресной и хлоридной воде в зависимости от А оказалось возможным представить единой зависимостью

ле

Д(7,0„ = ссш5*7Л0,5 + АС0

(И)

в которой для пресной соды: const-, = 0,022 и Д(?„ = 0,086 (при Л-0) и для 3%-ного раствора NaCl: const-, =0,039 и AG0 =0,166.

При испьпании алюминия на МСВ в диффузиошюм соке была установлена зависимость ДО~А0'7.

Анализ зависимостей

AG^I AGKgp от амплитуды вибрации А,

представленных степенными и показательными функциями, позволил выявить 3 масштабных уровня внешнего нагружения и соответствующие (существенно неодинаковые) реакции стали Ст.45 на эти воздействия. Установлено, что в диапазоне изменения амплитуды вибрации от 1,4 до 5 мкм эрозия образцов протекает на микроструктурном масштабном уровне с существенным вкладом коррозии в общие потери массы; при увеличении А от 5 до 20 мкм влияние коррозии на общий износ уменьшается, эрозия соответствует мезоструктурному масштабному уровню, а при А>20 мкм происходит переход от мезо- к макромасштабному уровню нагружения, на котором, механический фактор оказывает решающее влияние на эрозионную стойкость. Видно, что масштабные переходы, связанные с влиянием на поведение материала физико-механических факторов, на амплитудной шкале графиков зависимостей AG(A) (рис.8а) не совпадают с масштабными переходами, связанными с относительной интенсивностью коррозионных процессов (рис.8б). Из рис.8б следует, что при AS5 мкм преобладает коррозионно-механический, а при А>5 мкм главным становится механический фактор эрозии. Точка излома кривой на рис.8б соответствует пределу поверхностной усталости изнашиваемого материала. Наиболее значительно механический фактор проявляется при А>20 мкм (рис.8а). Участок СВ на рис.8а соответствует коррозии образцов при перемешивании воды. Анализ результатов выполненных исследований указывает на отсутствие сикергетической взаимосвязи между механической и коррозионной составляющими в общем процессе кавитационно-эрозионного изнашивания материалов (в практически важном диапазоне изменения А). В связи с этим становится целесообразным моделирование общего процесса кавитационной эрозии материалов с позиций кинетической прочности твёрдых тел и кинетики химических реакций при коррозии. Такой подход позволяет представить общий износ материалов в коррозионно-активных жидких средах как сумму кавитационно-эрозионного и коррозионного износов

Рис.8. Изменение относительных потерь массы в зависимости от амплитуды колебаний концентратора МСВ при испытании стали 45 на кавитационно-эрозионную стойкость при частоте 11 кГц в течение 2 часов в пресной (о) и в.воде №0: (о): 1 - отношение общего износа к коррозионному; 2 - отношение износа от действия механического фактора к потерям массы от коррозии

В выражении (12) прочностные и антикоррозионные свойства материалов представлены соответствующими энергиями активации [/д и р. Повышенные значения этих параметров обеспечивают соответственно более высокую коррозионно-механическую (усталостную) прочность поверхности материалов и повышенную долговечность оборудования..

Применительно к условиям изнашивания материалов энергию активации в выражении (12) можно по аналогии с (3) заменить на критерий эрозионной стойкости Е А - критическую плотность энергии деформации, а

-уд

напряжение на плотность потока энергии микроударного воздействия жидкости на поверхность материала После указанных замен и учёта влияния коррозии коэффициентом к1, получим выражение для коррозионно-механического изнашивания в виде экспоненты

Ьв^к^ЬС^-^ехр

к

кТ

(13)

где ки и т0 - опыгныс константы; Уа - элементарный объём разрушения; у - критическое значение коэффициента интенсивности напряжения, определяющее [по В.С.Ивановой] работоспособность материала при реализуемой жёсткости локального напряжённого состояния; ккор и кп -

коэффициенты, учитывающие влияние коррозии на износ металлов в условиях преобладания механического фактора (для стали Ст.45 при А>70 мкм, со = 22 кГц, в 3%-ном растворе МаС1 кКор=1,1, т.е. ~ 8,6%).

В результате обработки опытных данных (И.Н.Ьогачёва) по стойкости 11 марок аустенитных сталей, испытанных на МСВ в пресной воде, между

скоростью эрозии и относительной энергоёмкостью Иготы «\Евтн Г2 была

кр \ кр /

получена экспоненциальная зависимость (рис.9а)

"м-^М-киК )омн], (14)

где кхз - опытная константа, равная ошн при N -» 0; кн= 0,71.

Рис.9. Влияние относительной энергоёмкости металлических материалов на их относительную эрозионную стойкость (а); влияние коррозионного фактора на относительную износостойкость сталей (б)

При испытании нержавеющих сталей при вибрационной кавитации в 3%-ном растворе хлорида натрия постоянная ки оказалось равной 0,47, т.е. наклон линии II к оси абсцисс на рис.9а уменьшился примерно на 50%. Это указывает на то, что материалы с повышенной энергоемкостью при эрозии в пресной воде заметно разупрочняются в растворах хлористого натрия и поэтому менее эффективно снижают скорость эрозии в коррозионно-активных жидких средах. При этом степень разупрочнения и увеличения относительной скорости эрозии для металлических материалов (с изначально высокой энергоёмкостью) в растворах хлористого натрия значительно возрастает (рис. 96).

Характер изменения ширины линий ферромагнитного резонанса (ФМР) в зависимости от продолжительности испытаний отожжённого никеля на МСВ в растворах хлорида натрия указал на чередование процессов аккумулирования энергии наклёпа, разупрочнения и разрушения тонких поверхностных слоев никеля, как в пресной воде, гак и в растворах хлорида

натрия. Ширина линий ФМР образцов в первый период испытаний в (5-20)% растворах ИаС1 уменьшилась в среднем на 16%, что соответствует увеличению износа примерно на 20...30% в сравнении с износом никеля в пресной воде.

Таким образом, кавитация в растворах поваренной соли пропорционально снижению ширины линии ФМР уменьшает плотность дислокаций и напряжения 2-го рода в тонких поверхностных слоях металла и увеличивает вклад коррозионного износа в общий коррозионно-механический износ.

Высокая интенсивность изнашивания оборудования наблюдается при гидротранспорте диффузионного сока (ДС), обладающего высокой коррозионной активностью вследствие присутствия в нём органических кислот. Оценку влияния ДС на эрозионную стойкость материалов (СЧ20 и А1) производили путём испытания образцов в гидродинамической трубе, в условиях, максимально приближенных к натурным.

В результате испытаний образцов в ДС при кавитации (хН.Фб и о=!7 м/с) и без неё при скоростях потока, равных 1,66; 6,0 и \2 м/с, было установлено: в 8 раз более интенсивное кавитационно-эрозионное изнашивание чугуна в сравнении с изнашиванием алюминия; общий характер изнашивания образцов в ДС при кавитации и в потоке при скорости 12 м/с без возбуждения кавитации; преобладание коррозионных процессов над деформационными, связанными с микроударным воздействием со стороны жидкой технологической среды при изнашивании СЧ20 и преобладание механического фактора при эрозии А1, вследствие его более высокой коррозионной стойкости в ДС.

На кинетических кривых изнашивания образцов из СЧ и А1 (рис.10) чётко выявился аккумуляционный период, связанный со скоростью изнашивания степенной зависимостью

(14)

а наклон кривых изнашивания к оси времени, оказался пропорциональным отрезкам 11о на оси линейного износа при соотношении

(15)

характеризующим сопротивление образцов из СЧ20 коррозионному изнашиванию.

Зависимости (14) и (15), в которых к1й и кп опытные константы, согласуются с соответствующими усталостными моделями эрозии, приведёнными во 2-ой главе диссертации, в частности, с рис.2.1, т.к. из (14) также следует близкая к квадратичной зависимость относительной долговечности

(по г) от относительной износостойкости: км « к^'56.

В результате электрохимических исследований было установлено, что плотность тока коррозии при КЭ СЧ20 примерно в 25 раз выше, чем при испытании А1. При длительных испытаниях СЧ20 в ГТ (в течение 24 ч и 72 ч).

коррозионные потери составили соответственно 55 и 30% от общих потерь массы.

При испып&ии материалов на МСВ (по данным других авторов) коррозионные потери составляют всего 2-16%, что связано с более жёсткими условиями нагружения поверхности образцов и в большинстве случаев не согласуется с натурными условиями эрозии оборудования. По степени увеличения токов коррозии при кавитационно-эрозионном изнашивании материалов коррозионное действие ДС и растворов ИаС1 примерно одинаково. В обоих сл>чаях токи коррозии удваиваются, в сравнении со статическими условиями. Степень изменения токов коррозии зависит от толщины и плотности оксидных плёнок, образующихся на поверхности материалов в тех или иных жидких технологических средах. Установленная в опытах низкая плотность тока коррозии при испытании образцов из А1 в ГТ обусловлена высокой прочностью и плотностью плёнок из оксидов А1, а также их высокой адгезией к основе.

Рис. 10. Зависимость износа металлов от времени при испытании в ГТ в диффузионном соке в потоке и при кавитации: 1 - СЧ20 (КЭ); 2 - СЧ20 (12 м/с); 3 - СЧ20 (6 м/с); 4-Л1 (КЭ); 5 - СЧ20 (1,7 м/с); 6 - А1 (12 м/с)

Испьпания материалов п ГТ с целью установления влияния углекислого газа на интенсивность эрозии не выявили влияния СО2 на износ А1. Износ чугуна увеличился на 20% при введении в пресную воду 30 мг СО2 на литр и на 70% при добавлении в воду 65 мг СО2. Увеличение износа СЧ20 в воде с СО2 связано с протеканием кислой реакции среды с поверхностью образцов и с динамическим воздействием кавитации. При этом основное влияние на износостойкость материалов в воде с углекислым газом оказывает их коррозионная стойкость.

Кавитационно-эрозионные испытания материалов в лабораторных условиях в большинстве случаев являются ускоренными. Скорость изнашивания при этом во много раз превосходит от деталей на практике, в основном, за счёт преобладающего влияния механического фактора. Сближение результатов лабораторных испытаний материалов на кавитационно-эрозионное изнашивание с их зрозяоккок стойкостью в натурных условиях достигалось путём использования потенциостатического метода исследований за счёт увеличения скорости растворения исследуемых материалов путём анодной поляризации. При этом достигалось равенство отношений общего износа ЛО^ к коррозионному AGl(()() в лабораторных и натурных условиях

к - опытный коэффициент, характеризующий наклон линий общего износа к оси абсцисс на графиках зависимости АС^^); / - плотность тока анодной поляризации, определяемая при совместном решении (16) и (17); д(/0 -износ от действия механического фактора при ускоренных испытаниях образцов на МСВ при ^ = 0.

Левая часть формулы (16) может соответствовать любой амплитуде вибрации при ускоренных испытаниях образцов на МСВ. Амплитуда вибрации МСВ, соответствующая правой части (16), определяется экспериментально с привлечением статистических данных по изнашиванию оборудования при эксплуатации. Согласно рис.8б, искомая амплитуда при испытании образцов из стали Ст.45 в 3%-ном растворе ИаС1 оказалась близкой к 5 мкм.

Потенциостатический метод ускоренной оценки кавитационно-эрозионной стойкости материалов и покрытий можно применять для любых жидких технологических сред. Для установления оптимальных условий испытаний образцов на МСВ, жёсткость внешнего воздействия, т.е. параметр ъ/, в формуле (2), можно регулировать как амплитудой вибрации, так и рас-

стоянием d между торцсм концентратора и эродируемой поверхностью образца.

В обоих случаях следует учигыв<иь проявление масштабных уровней изнашивания. На рис.11 показана зависимость потерь массы А1 при испытании в диффузионном соке на МСВ при 22 кГц и А=10 мкм. Излом зависимости при ё = 1,0 мм характеризует масштабный переход от макро- к мезостуктурному уровню изнашивания и соответствующую смену ведущих механизмов атомно-молекулярных перегруппировок. Важно отметить, что бифуркационное удвоение показателя степени п при d в результате масштабного перехода согласуется со структурно-энергетической моделью изнашивания материалов в коррозионно-активиых средах.

—|--1-1-1--1—

_!_I_1_I_1—1

0,6 0,8 4,0 1,4 с1,хм

Методом планирования эксперимента были получены регрессионные модели для условий изнашивания на МСВ СЧ20 и А1 в диффузионном соке при А=10...30мкм:

д(?ст20 = 8,6+0,ЗА + 2,3/,,

Д Ом=Иа + 5М-Ш1 (18)

Из соотношений (18) следует, что на кавитационно-эрозионное изнашивание чугуна более значительное влияние оказывает плотность тока анодной поляризации, нежели амплитуда вибрации, а для А1, наоборот, ¡п не оказывает влияния, а решающим фактором является механический.

С помощью регрессионных моделей можно определять относительную износостойкость не только чугуна и алюминия, но и любых других материалов и покрытий, а затем корректировать условия эксплуатации оборудования, обеспечивающие наибольшую долговечность ведущих деталей при ка-витационной эрозии.

Корреляционный анализ показал, что для лучшего соответствия относительной износостойкости магериалов (по данным испытаний на МСВ) на-

турным условиям, амплитуда вибрации не должка превышать 20 мкм. Это согласуется с результатами ранее выполненного анализа (рис.8а), когда совместное влияние на износ механического и коррозионного факторов наиболее полно проявилось при испытаниях на МСВ с А<20 мкм. При испытаниях в средах, содержащих твёрдые частицы, следует учитывать увеличение интенсивности общего (кавитационного, коррозионного и абразивного) изнашивания и вводить соответствующие поправки в результаты сравнительных испытаний материалов на МСВ, т.к. общий износ от присутствия в жидких средах нерастворимых частиц может возрасти примерно в 3 раза.

Пятая глава - результаты исследований кавитационно-эрозионной стойкости широкого круга материалов, газотермических покрытий, комбинированных синтетических композиций и материалов, упрочнённых химико-термической обработкой. Испытания проводили на МСВ в пресной воде, а также в сульфатированном и диффузионном соках. Относительную износостойкость материалов и покрытий сопоставляли с комплексом физики-механических свойств.

Исследовали кавитационно-эрозионную стойкость: 1 - СЧ20; Ст.З; Ст.45; 38ХМЮА (н., 860 °С), с гальваническим и диффузионным вакуум-хромированием и азотированием; А1 и сплавов АЛ-9 и АК9; 2 - газотермических покрытий - ПГ-19М-01; ПГ-АН9; ПХ18Н9Т; ПТ88Н12; ПГ-СРЗ; Х20Н80 и ПТ-Ю5Н; 3 - пластмасс-ситаллопластов; полиэтилена НД и ВД, полиметилметакрилата; эпоксипластов нескольких модификаций, резины, стеклопластика.

Наиболее подробно исследована кавитационно-эрозионная стойкость газотермических и синтетических покрытий, используемых при восстановлении оборудования, подвергающегося воздействию коррозионно-активных технологических сред (табл.).

В табл.: - модуль упругости, - декремент затухания колебаний при оценке внутреннего трения покрытий; / - уровень кавитационного шума, генерируемого зоной эрозионного разрушения; - акустическое сопротивление покрытия; - предел прочности покрытий.

Образцы из материалов, приведённых в табл., изготавливали на основе эпоксидных смол Э5 и Э112, силиконового каучука 8, композитов р5+8 и 35+ОигЬэ8П В) с различным соотношением компонентов, а также из двух-компонентного полимера марки ЮСПГЕ ЯТ4, применяемого для восстановления изношенных деталей из стали и чугуна, а также из полиэтилена и полиуретана. При изготовлении композиций на основе силиконовых каучу-ков использовали катализатор ОЬ-1 (1% по весу), а при изготовлении эпок-сипластов на основе смолы Э112 - отвердитель 8а1игаш1ё 115 (9% по массе).

На кинетических кривых эрозионной стойкости композиций (№ 2 - 6, табл.) чётко проявлялся аккумуляционный период и зависимость соответствовала степенной функции

ДК2_6=сот/19(г-0ол'Д7. (19)

Таблица

Кавитационно-эрозионная стойкость и механические свойства полимерных материалов

,Ч^ точек на рис.12 и 13 Материалы так > мм3/мин AF.40, х102, мм3 ДГ/240 мм3/мин 's" i о yä Г<ж » мин МПа' ,9™X/J> 1/дБ ' P » г/см5 (/* L* МПа

1 AI 0,153 21,1 0,088 1,74 2 - - - - -

2 Э5 0,095 11,0 0,046 2,06 5 4000 0,24/ 81,3 1,15 25,7 14,1

3 Э112 0,00182 0,31 0,0013 1,40 23 24 1,2/- 0,98 6,3 1,5

4 35+S (6:10) 0,0011 0,144 0,0006 1,83 8 9,0 1,33/ 79,8 1,08 1,06 1,4

5 35+S (3:10) 0,00092 0,12 0,0005 1,64 13 6,86 1,44/ 79,8 1,06 1,0 1,14

6 Э112+ GB 0,00179 0,26 0,0011 1,62 38,5 200 0,9/ 77,8 1,08 4,96 0,88

Примечание: при эрозии LOCHTE ST4 J=80,75 дБ. Испытания в пресной воде на МСВ при 22 кГц, А=15 мкм и Т=20±1°С

В соответствии с (19) при увеличении г^ износ снижается. Наибольшую кавитационно-эрозионную стойкость показала вязко-упругая композиция 35+8 (№ 5 в табл.), У которой оказался наименьший износ, низкая упругость высокий декремент затухания колебаний. С уменьшением толщины покрытия с 3 мм до 2,7 мм износ снижался примерно на 30%.

При сопоставлении потерь объёма с физико-механическими свойствами были установлены следующие соотношения:

- С0П^га^Лупр ~ соШ2\/Э1, (20)

где л-0,28 для эластичных материалов и и = 1,26 для менее эластичных (хрупких) композиций; к =5,5 для материалов 3 - 5 в табл. и к-2,2 для покрытий 2 и 6 с повышенной упругостью.

Из (20) следует, что повышение упругости и прочности покрытий. снижает, а увеличение эластичности повышает их износостойкость (рис.12). При увеличении акустического сопротивления износ возрастает (рис.13).

4 10 40 100 400 1000 4000 Еупр, МПа

Рис.12. Зависимость декремента затухания колебаний и объемного износа от модуля упругости покрытий (табл.)

Следует отметить, что более достоверно отражает сопротивление эрозии материалов, нежели любые другие физико-механические характеристики, в частности: Еупр> 9тгл к ] (столбцы 6 и 7 в табл.) и др. По продолжительности можно определять относительную износостойкость синтетических материалов и покрытий.

РОС. НАЦИОНАЛЬНА* .

БИБЛИОТЕКА |

Рис.13. Зависимость относительного износа полимерных материалов от прочности при растяжении аь и относительного акустического сопротивления (рс)отм при испытании образцов на МСВ

Анализ экспериментальных результатов позволяет сделать следующие выводы: 1 - наибольшая кавитационно-эрозиоиная стойкость полимерных покрытий достигается при оптимальном сочетании физико-механических свойств (прочности и эластичности); 2 — сравнительную оценку эрозионной стойкости покрытий на графиках целесообразно производить но ре-

зультатам ускоренных испытаний 3 - для защиты деталей от

изнашивания в жидких коррозионно-активных средах можно рекомендовать композиционное покрытие на основе эпоксипластов с добавлением силиконового каучука в соотношении 3:10 к основе.

Наибольшую кавитационно-эрозионную стойкость показали оплавляемые газотермические покрытия (I 111) системы ЖСгБ81 типа Г1Г-СРЗ и ПГ-12Н-03, износостойкость которых сопоставима со стойкостью легированной стали 38ХМЮА после нормализации. Износостойкость ГТП определяется их структурой и физико-механическими характеристиками в полном соответствии со структурно-энергетической моделью поведения материалов при импульсном внешнем нагружении, рассмотренной во второй главе диссертации. Установлено, чго совместное влияние пористости ГТП и коррози-онно-активных жидких сред примерно в 2 раза снижают энергоёмкость и износостойкость покрытий.

Установлена сравнительно высокая кавитационно-эрозионная и коррозионная стойкость недефицитного сплава АК9, из которого по разработанной в диссертации технологии налажено серийное производство рабочих ко-

лес центробежных насосов, перекачивающих коррозиошю-активиые технологические жидкости.

Наиболее высокую кавитационно-эрозионную стойкость в диффузионном и сульфатированном соках показали детали из стали Ст.З и чугуна СЧ20 после диффузионного вакуумхромирования по специальной технологии при температуре 1200 °С в течение 10 ч. На образцах из Ст.З был получен карбидный слой толщиной 60 мкм, а на СЧ20 диффузионный слой составил 190 мкм.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

• Исследованиями в заводских и лабораторных условиях подтверждена коррозионно-механическая природа кавитационно-эрозионного изнашивания деталей оборудования свеклосахарного производства; установлена определяющая роль коррозионных процессов при этом виде изнашивания.

• В жидких технологических средах, содержащих твёрдые частицы, обладающие абразивными свойствами, например, в диффузионном соке, интенсивность совместного гидроабразивного и кавитационного изнашивания при обтекании потоком различного рода препятствий возрастает в 6...10раз.

• При оценке разрушающего воздействия кавитации на материалы следует учитывать особенности взаимодействия ударных волн с характерными элементами рельефа изнашиваемой поверхности, способными существенно усиливать динамическое воздействие жидкости на материалы, особенно в связи с неоднородностью их микроструктуры.

• Разработанная методика исследования кавитационного изнашивания материалов в гидродинамической трубе с использованием потенциоста-тического метода позволила получить достоверные данные об износостойкости материалов и интенсивности коррозионных процессов в реальных технологических средах свеклосахарного производства.

• Полученные уравнения регрессии скорости кавитационно-эрозионного изнашивания материалов в жидких технологических средах подтвердили возможность моделирования степени влияния механического и коррозионного факторов на общий процесс эрозии на установке с ультразвуковым генератором.

• Для сплошных сред с гетерогенной структурой предложена структурно-энергетическая модель процесса изнашивания материалов, учитывающая расход общей энергии на механическую и тепловую составляющие, а также на фазовые превращения.

• Исходное уравнение износа представлено в виде отношения потока внешней энергии к предельной плотности потока энергии деформации, соот-

ветствующей разрушению поверхности материала и образованию продуктов изнашивания.

• В результате аналитических исследований и сопоставления полученных частных результатов с опытными данными предложена обобщённая структурно-энергетическая модель эрозии материалов, учитывающая: масштабные уровни внешнего нагружения, критериальные условия степени развития кавитации и начала эрозии, влияние на относительную износостойкость материалов энергетического критерия плотности внутренней

энергии Е^, энергии фазовых превращений Ефп, критической скорости удара и аккумуляционного периода

• Показана возможность не только прогнозирования износостойкости широкого круга материалов по перечисленным выше характеристикам, но и построения диаграмм поверхностной усталости.

• Исследованы закономерности кавитационно-эрозионного изнашивания сталей и сплавов цветных металлов в коррозионно-активных средах. Испытания проводили в гидродинамической трубе и на МСВ потенциоста-тическим методом. Влияние коррозии на износ материалов оценивали по плотности гока коррозии. Установлено возрастающее влияние (в 2-40 раз) коррозионного фактора при кавитации в сравнении с коррозией в статике. Повышенную стойкость в растворах поваренной соли показали нержавеющие стали и сплавы титана.

• Показана применимость структурно-энергетической теории кавитационно-эрозионного изнашивания для описания поведения материалов в коррозионно-активных средах: в растворах хлорида натрия, в диффузионном и сульфитированном соке, в жидких средах с СО^

• Разработаны методики ускоренных испытаний материалов на МСВ и в гидродинамической трубе в растворах хлорида натрия и в диффузионном соке соответственно, позволяющие оценить износостойкость и долговечность деталей в условиях, близких к эксплуатационным.

• Предложены структурно-энергетические модели кавитационно-эрозионной стойкости композиционных материалов на полимерной основе (КМ) и газотермических (плазменных) покрытий (ГПЛ). Установлено, что повышение прочностных характеристик КМ (модуля упругости, предела прочности, твёрдости, а также акустического сопрошвления) приводит к снижению их кавитациошю-эрозионной стойкости, а увеличение эластичности, относительного удлинения при разрыве, декремента затухания колебаний, критической скорости удара и аккумуляционного периода наоборот, увеличивает их износостойкость. При этом, как и у металлических материалов износостойкость КМ зависит от так в степени - 0,5.. .0,7.

•; Требования к механическим свойствам металлических материалов и КМ с точки зрения повышения их эрозионной стойкости прямо противоположны. Так, например, стойкость металлов возрастает обратно пропорцио-

нально кубу их акустического сопротивления (рс)от1,, а кавитационный износ КМ, наоборот, с увеличением (рс\ты возрастает в степени 0,5 (для эластичных) и 3,0 (для более хрупких) покрытий из КМ.

• Структурно-энергетические модели кавитационно-эрозионного изнашивания и все вытекающие из них частные закономерности для пористых и оплавленных (компактных) 1 111 полностью совпадают с соответствующими моделями и зависимостями износа от свойств и структуры, справедливыми для металлических материалов.

• В качестве объективных критериев оценки кавитационно-эрозионной стойкости металлических 1111 в любых технологических жидких средах могут быть использованы: WKp, когезионная прочность <гк, икр,

• Разработаны и проверены в производственных условиях рекомендации по повышению долговечности деталей насосов свеклосахарных заводов применением износостойких материалов и износостойких покрытий: алюминиево-кремнистых сплавов и вакуумдиффузионных хромовых покрытий.

• Для защиты оборудования свеклосахарных заводов от кавитацион-но-эрозионного и гидроабразивного изнашивания могут быть рекомендованы самофлюсующиеся ГТП на основе NiCrBSi, например, покрытия ПГ-СР4, ПГ-СРЗ, ПГ-12Н (с оплавлением), а также плазменное покрытие из нержавеющей стали ПХ18Н9Т. При ремонтно-восстановительных работах целесообразно применять разработанный автором композиционный материал на основе эпоксидной смолы и силиконового каучука.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Konopko H., Kondrat Z.: Przeglad dotychczasowych badan niezawodnosci maszyn i urzadzen przemyslu spozywczego. Prace Instytutu Technologii i Eksploatacji Maszyn. Seria С, пгЗ. Politechnika Lubelska, 1983. Str.l 10113.

2. Некоз А.И., Сологуб НА, Стечишин М.С., Кондрат 3. Методы повышения долговечности деталей оборудования, подверженных кавитационно-эрозионному изнашиванию. // Пищевая промышленность № 2 (120). Киев. 1984. С.33-34.

3. Некоз А.И., Косенко В.А., Кондрат 3. Влияние наводороживания на кавитационно-эрозионное изнашивание стали 45 X. // Проблемы трения и изнашивания. № 28. Киев. 1985. С.63-65.

4. Косенко В.А., Некоз А.И., Слобожанский И.И., Кондрат 3. Кавитацион-но-эрозионная стойкость углеродистых сталей в кислом растворе. // Проблемы трения и изнашивания. № 29. Киев. 1986. С. 41-43.

5. Кондрат 3., Некоз А. И. Потенциостатические исследования кавитационного изнашивания в гидродинамической трубе. // Проблемы

ного изнашивания в гидродинамической трубе. // Проблемы трения и изнашивания. №29. Киев. 1986. С.70-73.

6. Kondral Z., Sologub N.A., Niekoz Л.1. Badania erozyjno -kawitacyjnej odpornosci wybranych materialow konstrukcyjnych na stanowisku przeplywowym. Materialy II Krajowej Konferencji Korozyjnej "Korozja '87". Krakow. 1986. Str.293-297.

7. Кондрат З., Некоз А.И., Сологуб Н.А. Кавитационно-эрозионное изнашивание металлов в среде вода-углекислый газ. //Проблемы трения и изнашивания. № 32. Киев. 1987. С.52-54.

8. Niekoz AJT., Sologub N.A., Pogodajew L.I, Kondrat Z. Применение положений механики кавитационного изнашивания для изучения процессов гомогенизации и эмульгирования жидкости. PAN. Komitet Mechaniki, Sekcja Mechanik! Plynow. Politechnika Bialostocka VIII Konferencja Krajowa. Biarystok-Bialowieza. 1988.Str.23-28.

9. Некоз А.И., Сологуб Н.А., Кондрат 3., Белый В.И., Стечишин М.С., Панкратов В.А. Способ исследования гидроэрозионной стойкости металлов. Авторское свидетельствах» 1569668. СССР. Государственный Комитет по изобретениям и открытиям. 8.02.1990.

10. Kondrat Z., Konopko H. Badanie odpornosci materialow na niszczace dzialanie kawitacji w agresywnych srodowiskach przemyslu spozywczego. //VI Konferencja Naukowo - Techniczna "Budowa i Eksploatacja Maszyn w Przemysle Spozywczym". T. 2, s. 508-513, Gdansk, 23-24.06.1993. Str.508-513.

11. Kondrat Z., Sologub N.A., Niekoz A.I. Badania erozji kawitacyjnej w warunkach symulacji procesow korozyjnych. Srodowiskowe zebranie naukowe sekcji podstaw eksploatacji KBN PAN. Bialystok 21-22.10.1994., s. 61-66.

12. Krupicz В., Kondrat Z., Hejft R., Lukaszewicz K. Mechanical properties of materials and their resistance on cavitation erosion. V-th International Symposium on CREEP and COUPLED PROCESSES. Bialystok Bialowieza, 28-30wrzesienl995.

13. Litvinenko O.A., Niekoz A.I., Kondrat Z.: Eksperimental'ni doslidzennja kavitacijnich efektiv. // Tezi dopovidij: Rozroblennja ta vprovadzennja pro-gresivnich resursooscadnichtechnologij ta obladnannjav charcovu tapere-robnu promislovist. Miznarodna naukovo-technicna konferencija 21-24.09.1997,Kiiv, Ukraina. С166.

14. Litvinienko O. A., Niekoz A.I., Kondrat Z. Zakonomirnosti kavitacijnogo znoszuvannja gidrodinamicnich pribtruiv. //Tezi dopovidij: Rozroblennja ta vprovadzennja progresivnich resursooscadnich technologij ta obladnarmja v charcovu ta pererobnu promislovist'. Miznarodna naukovo-technicna konfer-encija 21-24.09.1997, Kiiv, Ukraina. C.167.

15. Kondrat Z., Litvinienko O.A., Niekoz A.I. Wykorzystanie kawitacji w prze-mysle Spozywczym. // VII Sympozjum im. Prof. Czeslawa Kanafojskiego. Problemy Budowy oraz Eksploatacji Maszyn i Urzadzen Rolniczych. Materi-

aly konferencyjne. Politechnika Warszawska, Instytut Maszyn Rolniczych w Plocku. Str.259-262.

16. Kondrat Z., Konopko H. Analiza przyczyn przedwczesnego zuzycia pomp prozniowych. //Zeszyty naukowe Politechniki Bialostockiej,1997. Nauki Techniczne Nr 114. Budowa i Eksploatacja Maszyn, zeszyt 4, str. 109-117.

17. Krupicz В., Kondrat Z. Predkosc erozji kawitacyjnej materialow plastycznych. //Zeszyty naukowe Politechniki Bialostockiej, 1997. Nauki Techniczne Nr 114. Budowa i Eksploatacja Maszyn, zeszyt 4, str.l37-141.

18. Литвиненко О.А., Некоз О.1., Кондрат 3. Моделювання умов кавггацшно1 ерози в техлолопчних аппаратах. // Придшстровський нау-ковий В1стник. Техтчт науки, №29 (96), квггень 1998р., стор. 65-66.

19. Контактами апарат для обробки рщин газами. Держпатент. Украша. Некоз O.I, Литвиненко О.А., Некоз CO., Кондрат 3., Понько Ю.В., Бурлака М.Ф. Патент на винах1, №24776А, 1998.

20. Kondrat Z., Bockowski \V Odpornosc wyuranvch tworzyw na erozje kawitacyjna. VlIiKonferencja naukowo-techniczna '"Budowai ekspioatacja maszyn spozywczych", Politechnika Bialostocka. Materiaty konferencyjne, Bialystok 1998. Str. 183-190.

21. Некоз А.И., Литвиненко А.А., Kondrat Z. Исследование работы кавита-ционных устройств для обработки пищевых продуктов. //VIII Konferencja- naukowo-techniczna „Budowa i eksploatacja maszyn spozywczych", Politechnika Bialostocka. Matenaly konferencyjne, Bialystok 1998. Str. 31-32.

22. Литвиненко O.A.. Некоэ D.I., Кондрат 3. Використання кавпгацшно! обробки. MÍHÍCTepCTBO ocbíth Украши, Украшский державний ушверситет харчових технолопй / HayKOBÍ пращ украшского державного ушверситету харчових технолопй, № 4. Khíb УДУХТ 1998, с.60-62.

23. Литвиненко O.A., Некоз O.I., Кондрат 3. Дослша кавггацшна установка. MÍHÍCTepCTBO ocbíth Украши, Украшский державний ушверситет харчових технолопй /HayKOBÍ npani украшского державного ушверситету харчових технолопй, № 4. Khíb УДУХТ 1998, с.63-65.

24. Литвиненко O.A., Некоз O.I., Kondrat Z. Деструкщя фенолу пщ Д1'ею riflpoAHHaMÍHHoi кавггацн. //Придшпровський науковий bíchhk. TexHÍ4HÍ

25. Литвиненко O.A., Некоз O.I., Kondrat Z. Окисления фенолу в ка-вггацшному peaKTopí. //Придшпровський науковий bíchhk. Техтчш нау-

26. Литвиненко О .А., Некоз О Л., Немир ович П .М., Кон драт 3. Кав >ташйн{ npHCTpoi в харчовий, переробнш та фармацевтичнш промисловосп.

робочих оргашв гидродинам1Чних кавтащйних апарат. /Шоста М1жнародна науково-техшчна конференщя. Khíb УДУХТ, 2000, стор.

28. Стечишин MC., Некоз O.I., Кондрат 3. Вплив параметр1в юнного азотування на структуру i властивося покритпв деталей обладнання xapnoBoi промосливостт /Шоста М1жнародна иауково-техтчна

29. Литвиненко О.Л., Некоз O.I., Кондрат 3. Пдродинашчна кавйащя в процесах очищения епчних вод харчово1 промисловога. //Харчова про-мисловкть. М1ЖВ1домчий тематичний науковий зб1рник. Выпуск 45.

30. Litvinenko A.A., Niekoz АЛ., Kondrat Z. Ekologiczne aspekty zastosowania hydrodynamicznych aparatow kawitacyjnych w technologiach oczyszczania wody. Ill Ogolnopolskie Seminanum Naukowe "Wybrane problemy w bu-dowie i eksploatacji maszyn". Bialystok, 4-5 luty2000. Str. 12-13.

31. Litvinenko A.A, Niekoz A.I., Kondrat Z. Zastosowanie hydrodynamicznych aparatow kawitacyjnych w przemysle spozywczyra i rolnictwie. //Polska Akademia Nauk. VIII Miedzynarodowe Sympozjura im Prof. Czeslawa Kana-fojskiego: Problemy budowy oraz eksploatacji maszyn I urzadzen roiniczych. Plock, 21-22 wrzesien2000 r. S.25-29.

32. Litvinenko A.A, Niekoz A.I., Kondrat Z. Badanie mozliwosci zastosowania hydrodynamicznych aparatow kawitacyjnych w technologiach oczyszczania wody, Zeszyty naukowe Politechniki Bialostockiej, 2001. Nauki Techniczne Nr 139. Budowa I Eksploatacja Maszyn, zeszyt 8. Bialystok 2001. Dzial Wy-dawnictw i Poligrafii. Str.323-330.

33. Кондрат 3., Некоз O.I., Литвиненко O.A. Дослщжения кавгсацШно-ерозшно] спйкосп пол1мерних материал!в i композитов. //MiHicTepcTBO оевки i науки Украши, Украшський державний утверситет харчових

технолоп й. /HayKOßi пращ украшьского державного угавсрситету харчо-

34. износостойкости и

долговечности материалов и технических средств на основе структурно-энергетической теории изнашивания. //Трение, износ, смазка. Т.4, № 2, 2002. С.29-68.

35. Кондрат 3., Погодаев Л.И. Эрозия материалов и оборудования при вибрационной кавитации. СПб.: Академия транспорта РФ, 2002,69 с.

36. Кондрат 3. Закономерности кавитационно-эрозиоиного изнашивания материалов. //Трение, износ, смазка. Т.4, № 4,2002. С. 8-45.

37. Кондрат 3. Использование кавитационных эффектов для утилизации отходов. //Трение, износ, смазка. Т.5, № 1,2003. С.30-32.

38. Ptoszek В., Kondrat Z., Leszc/yibki J. Usuwanie wybraych zanieczyszczen z wody w procesie ozonwania z wykorzystaniem kawitacji. Gaz, Woda i Technika Sanitarna. Nr 2/2003. Wydawnictwo SIGiMA NOT. Str.64-67.

39. Kondrat Z.: Kawitacyjne generatory ciepla. II Seminanum naukovvo-praktyczne: Energia w nauce i technice. Suvvalki 1 3-14.06.2003 r. Wydaw. Politechniki Bialostockiej. 2003, str. 139-144.

40. Кондрат 3. Критерии начала кавитации и кавитационной эрозии. Международная научно-практическая конференция, посвященная 300-лечию Санкт-Петербурга: "Безопасность воднош чраяспорта". Российская Академия транспорта. Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций. - Санкт-Петербург, 2003., с. 213-215.

41. Кондрат 3. Кавитационно-эрозийная стойкость металлов в диффузионном соке. // Трение, износ, смазка. Т.5, №3,2003. с.37-40.

42. Кондрат 3. Изнашивание мехаллов в жидких средах, содержащих СОг. II Трение, износ, смазка. Т.5, №3,2003. с.33-36.

43. Кондрат 3. Зависимость интенсивности кавитационной эрозии от структуры жидкости. // Трение, износ, смазка. Т.5, №4,2003. с.23-26.

44. Кондрат 3. Закономерности кавитационно-эрозионного изнашивания, материалов с учетом коррозии. - СПб.: Академия транспорта РФ, 2003. -73 с.

45. Кондрат 3. Зависимость интенсивности кавитационной эрозии от структуры жидкости. / Труды Международной научно-технической конференции. - Киев ГУПП, 2003. - с. 21-23.

46. Кондрат 3., Погодаев Л.И. Закономерности эрозионного воздействия кавитации на материалы. // Трение, износ, смазка. Т.6, №1,2004. с.20-29.

47. Кондрат 3., Погодаев Л.И. Эрозия материалов и оборудования при вибрационной кавитации. //Трение,износ,смазка.Т.6,№1,2004.с.30-63.

48. Кондрат 3. Кавитационно-эрозионная стойкость материалов и покрытий

в коррозионно-активных жидких средах. - СПб.: Гос. ун-т водн. коммуникаций (СПбГУВК), 2004. - 208 с.

49. Погодаев Л.И., Кондрат 3. Взаимосвязь износостойкости трибосопряже-ний с морфологией поверхностей трения и масштабными уровнями изнашивания. // Проблемы машиностроения и надежности машин РАН, №3,2004.-с. 35-46.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 13.04.04. Сдано в производство 13.04.04.

Лицензия № 000283 от 19.10.98. Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. 2,33. Уч.-изд.л. 2,2. Тираж 100 экз. Заказ №124

Отпечатано в ИИЦ Ф ГОУ ВПО СПГУВК 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

#-918 3

Ь ВВЕДЕНИЕ

1. ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ В ЖИДКИХ КОРРОЗИОННО-АКТИВНЫХ СРЕДАХ.

1.1. Характер изнашивания оборудования.

1.2. Особенности эрозии материалов при кавитации.

1.3. Интенсивность местного гидроабразивного изнашивания.

1.4. Задачи исследования.

2. АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭРОЗИИ МАТЕРИАЛОВ.

2.1. Исходные энергетические соотношения.

2.2. Генезис гидродинамических куммулятивных струй.

2.3. Скорость удара как критерий сопротивления материалов разрушению.

2.4. Обобщенный (потоковый) критерий эрозионной стойкости р^ материалов.

2.5. Условия возникновения кавитации и нач^а кавигационной эрозии материалов.;.

2.6. Масштабные уровни энергоемкости и долговечности материалов при кавитации.

3. ЛАБОРАТОРНЫЕ СТЕНДЫ И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ В ЖИДКИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

СРЕДАХ.

3.1. Выбор методики испытаний.

3.2. Гидродинамический стенд (ГТ).

3.3. Установка с ультразвуковым генератором (МСВ).

3.4. Методика электрохимических исследований кавитационно-эрозионного изнашивания материалов.

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ КАВИТАЦИОННО-ЭЮЗИОННОГО

ИЗНАШИВАНИЯ С УЧЕТОМ КОРРОЗИОННОЙ

СТОЙКОСТИ МАТЕРИАЛОВ. t 4.1. Методика исследований.

4.2. Коррозионная стойкость металлов в 3 % растворе NaC 1.

4.3. Кавитационно-эрозионная стойкость металлов в воде с NaC I.

4.4. Закономерности кавитационно-эрозионного изнашивания как процесса коррозионно-механического разрушения.

4.5. Кавитационно-эрозионная стойкость металлов в диффузионном соке.

4.6. Изнашивание металлов в жидких средах, содержащих углекислый газ.

4.7. Ускоренные методы оценки относительной износостойкости материалов.

4.7.1. В пресной и в воде с 3% NaC J.

4.7.2. В диффузионном соке. к 5. КАВИТАЦИОННО-ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ.

5.1. Моделирование кавитационно-эрозионной стойкости полимерных материалов.

5.2. Исследование кавитационно-эрозионной стойкости полимерных покрытий и композитов.

5.3. Кавитационно эрозионная стойкость газотермических покрытий.

5.4. Стойкость нихромовых газотермических покрытий.

5.5. Повышение износостойкости деталей в химически активных средах.

Одной из важнейших экономических и социальных проблем является проблема обеспечения населения высококачественными продуктами питания. Этот вопрос постоянно находится в центре внимания правительства Польши.

Среди различных отраслей пищевой промышленности важное место в решении продовольственных проблем Польши и южных областей России принадлежит свеклосахарному производству.

Большое количество сохраняемого в кагатах сырья подвергающегося далеко не благоприятному влиянию погодных условий, приводящих к его порче, требует обеспечения бесперебойной и ритмичной работы сахарных заводов. Достигнуть этого можно применением оборудования, характеризующегося высокой надежностью и долговечностью. Однако в реальных условиях часто имеют место отказы различных видов оборудования во время сезона переработки свеклы, приводящие к простоям заводов. После окончания сезона большинство оборудования требует восстановления или замены изношенных деталей. Обычно восстанавливают их силами самих сахарных заводов, что требует больших затрат труда. При этом стоимость восстановления обычно намного превышает стоимость новых деталей.

Большое количество деталей технологического оборудования свеклосахарных заводов подвергаются кавитационно-эрозионному изнашиванию. Этот вид изнашивания встречается в центробежных и вихревых насосах, центрифугах, сепараторах, выпарных аппаратах, трубопроводах и другом оборудовании, в котором происходит интенсивное движение одно и многофазных жидких сред.

Кавитационно-эрозионное изнашивание деталей является результатом сложного воздействия на них кавитации, эрозионных и химических процессов. Влияние кавитации проявляется многократными гидродинамическими ударами со ртороны жидкости вследствие захлопывания парогазовых пузырьков, возникающих при местном падении давления. При наличии в жидкости твердых частиц, обладающих абразивными свойствами, кавитационно-эрозионный износ интенсифицируется процессами гидроаб-i разивного изнашивания. Наиболее интенсивному кавитационно-эрозионному изнашиванию подвергаются детали проточной части центробежных насосов: внутренние поверхности корпусов, крышки, уплотнения, рабоцие колеса.

На сахарных заводах парк насосов составляет около 30% общего количества оборудования. Они применяются для перекачки различного вида технологических жидкостей. Вследствие кавитационно-эрозионного изнашивания ухудшаются характеристики насосов - понижается давление и производительность. Ухудшение технических параметров насосов приводит к перебоям в технологических процессах переработки свеклы.

В некоторых химически активных средах, например, в диффузионном и сатурированных соках, в жомопрессовых водах износ рабочих колес центробежных насосов происходит настолько интенсивно, что они не выдерживают и одного сезона работы.

Вопросами кавитационно-эрозионного и гидроабразивного изнашивания материалов и разнообразного оборудования занимались: М.А.Аекаров [1], В.И.Белый [3-6], Н.А.Буше (эрозия подшипников), И.Н.Богачев с сотр. [913], Е.П.Георгиевская [19], Ю А.Гривнин [23, 24], Ю.Е.Зобачев [29], Н.Н.Иванченко с сотр. [31], ВЛ.Карелин [32-34], С.П.Козырев [37, 38], А.И.Некоз [41, 42, 44, 50-62, 144, 153], Р.Кнепп с сотр. [45], Н.С.Пенкин [65], Р.Г.Перельман [66, 67], А.Д.Перник [68], М.С.Плессет [70, 71, 158], Л.И.Погодаев [73-86], А.П.Пимошенко [87] , Г. А.Прейс [88, 89], Н.И.Пылаев [90-94], Д.Спринжер [95], А.И.Слынько [98], М.С.Стечишин [100-103], М.Г.Тимербулатов [104-106], А.Тирувенгадам [107, 165, 166], В.А.Точковой [108], И.П.Фадеев [109] , В.В.Фомин [112], Ю.Н.Цветков [82, 83, 113], Ю.У.Эдель [115], К.Прис [117], Д.М.Хоббс [137, 138], Р.Кнэпп [143] и другие исследователи.

Большинство исследований выполнено при кавитации и гидроабразивном изнашивании в пресной водопроводной и в синтетической морской воде.

I Работы известных ученых-трибологов и материаловедов: Н.А.Буше [14],

Ю.Н.Дроздова [26, 27], В.Е. Панина [64], А.В.Чичинадзе, Э.Д.Брауна, Ю.А.Евдокимова [114] отражены в диссертации как примеры эффективной реализации в научных исследованиях новых системных подходов.

Первые исследования кавитационно-эрозионного изнашивания технологического оборудования пищевой промышленности выполнены в Киевском технологическом институте пищевой промышленности (Г.А.Прейс,

A.И.Некоз, В.И.Белый, Н.А.Сологуб, А.И.Слынько, М.С.Стечишин,

B,А.Точковой). Методы исследований в этих работах в основном учитывали механическое воздействие среды при кавитационно-эрозионном изнашивании. Однако некоторые технологические среды являются химически активными и обусловливают сложный коррозионно-механический характер процессов кавитационно-эрозионного изнашивания. Поэтому при разработке методов

Ik повышения кавитационно-эрозионной стойкости и долговечности оборудования пищевой промышленности необходимо учитывать влияние среды на интенсивность процессов изнашивания.

В настоящее время существует единое мнение о коррозионно-механи-ческом характере кавитационно-эрозионного изнашивания деталей оборудования пищевых производств [35, 39, 54, 61 и др.]. При испытаниях на различных стендах получены результаты, позволяющие определить относительную износостойкость ряда конструкционных материалов, применяемых для изготовления деталей, определены основные направления повышения их долговечности. Однако до настоящего времени остаются от-^ крытыми вопросы расчета и прогнозирования долговечности оборудования в условиях коррозионно-кавитационно-эрозионного изнашивания, выбора эффективных методов упрочнения деталей; отсутствуют достоверные физические модели процессов изнашивания в технологических средах пищевых производств, а также объективные критерии-свойства материалов и ^ покрытий, однозначно определяющие износостойкость и срок службы деталей.

В связи с изложенным в настоящей работе была поставлена задача подробно изучить механизмы кав итаци о нн о-эроз и он но го изнашивания материалов в условиях, близких к производственным. На основе полученных результатов и новых критериев разработал» методики ускоренного прогнозирования кавитационно-эрозионной стойкости материалов с учетом влияния коррозионно-активных технологических сред.

При решении поставленных задач, например: при аналитическом моделировании процессов КЭ изнашивания материалов и покрытий, был впервые использован структурно-энергетический подход и новые (потоковые) критерии оценки износостойкости материалов, а также потенциостатический метод исследования совместного воздействия коррозионного и механического ^ факторов на износостойкость материалов, позволяющий при ускоренных испытаниях образцов на лабораторных установках достаточно достоверно воспроизводить условия КЭ оборудования при эксплуатации в коррозионно-активных жидких технологических средах.

Автор выражает благодарность профессорам, докторам технических наук Л.И.Погодаеву и А.И.Некозу - родоначальникам перспективных научных направлений при изучении весьма сложных процессов кавитационной эрозии материалов и деталей в различных областях техники. В данной работе автор стремился к тому, чтобы новые подходы и методы исследований моих учителей получили дальнейшее научное и прикладное развитие.

Киев - Bialystok t

Санкт-Петербург З.Кондрат

1987 - 2004 г.

I. ЭРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ в жидких КОРРОЗИОННО-АКТИВНЫХ СРЕДАХ

Выводы по главе 5

1. Предложены структурно-энергетические модели кавитационно-эрозионной стойкости композиционных материалов на полимерной основе (КМ) и газотермических плазменных покрытий (ГТП).

2. Установлено, что повышение прочностных характеристик КМ (модуля упругости, предела прочности, твердости, а также акустического сопротивления) приводит к снижению их кавитационно-эрозионной стойкости, а увеличение эластичности, относительного удлинения при разрыве, декремента затухания колебаний, критической скорости удара и аккумуляционного периода Так, наоборот, увеличивает их износостойкость. При этом, как и у металлических материалов, износостойкость КМ зависит от Так в степени - 0,5.0,7.

3. Требования к механическим свойствам металлических материалов и КМ с точки зрения повышения их эрозионной стойкости прямо противоположны. Так, например, стойкость металлов возрастает обратно пропорционально кубу их акустического сопротивления (рс)о-ш, а кавитационный износ КМ, наоборот, с увеличением (рс)отн возрастает в степени 0,5 для эластичных и 3,0 для более хрупких покрытий из КМ.

4. Структурно-энергетические модели кавитационно-эрозионного изнашивания и все вытекающие из них частные закономерности для пористых и оплавленных (компактных) ГТП полностью совпадают с соответствующими моделями и зависимостями износа от свойств и структуры, справедливыми для металлических материалов. В качестве объективных критериев оценки кавитационно-эрозионной стойкости металлических ГТП в любых технологических жидких средах могут быть использованы: W*^, когезионная прочность ок, vKp, так и (рс)отн.

5. Разработаны и проверены в производственных условиях рекомендации по повышению долговечности деталей насосов свеклосахарных заводов применением износостойких материалов и износостойких покрытий: алюминиево-кремнистых сплавов и вакуумдиффузионных хромовых покрытий.

Для защиты оборудования свеклосахарных заводов от кавитационно-эрозионного и гидроабразивного изнашивания могут быть рекомендованы самофлюсующиеся ГТП на основе Ni, Сг, В, Si, например, покрытия ПГ-СР4, ПГ-СРЗ и ПГ-12Н (с оплавлением), а также плазменное покрытие из нержавеющей стали ПХ18Н9Т.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследованиями в заводских и лабораторных условиях подтверждена коррозионно-механическая природа кавитационно-эрозионного изнашивания деталей оборудования свеклосахарного производства; установлена определяющая роль коррозионных процессов при этом виде изнашивания.

В жидких технологических средах, содержащих твердые частицы, обладающие абразивными свойствами, например, в диффузионном соке, интенсивность совместного гидроабразивного и кавитационного изнашивания при обтекании потоком различного рода препятствий возрастает в 6.10 раз.

При оценке разрушающего воздействия кавитации на материалы следует учитывать особенности взаимодействия ударных волн с характерными элементами рельефа изнашиваемой поверхности, способными существенно усиливать динамическое воздействие жидкости на материалы, особенно в связи с неоднородностью их микроструктуры.

Разработанная методика исследования кавитационного изнашивания материалов в гидродинамической трубе с использованием потен-циостатического метода позволила получить достоверные данные об износостойкости материалов и интенсивности коррозионных процессов в реальных технологических средах свеклосахарного производства.

Полученные уравнения регрессии скорости кавитационно-эрозионного изнашивания материалов в жидких технологических средах подтвердили возможность моделирования степени влияния механического и коррозионного факторов на общий процесс эрозии на установке с ультразвуковым генератором.

На основании уравнений механики для сплошных сред с гетерогенной структурой получена структурно-энергетическая модель процесса изнашивания материалов, учитывающая расход общей энергии на механическую и тепловую составляющие, а также на фазовые превращения.

Исходное уравнение износа представлено в виде отношения потока внешней энергии к предельной плотности потока энергии деформации, соответствующей разрушению поверхности материала и образованию продуктов изнашивания.

Предельная (критическая) энергоемкость материалов может быть представлена как механическими так и эквивалентными им предельными теплофизическими характеристиками.

В результате аналитических исследований и сопоставления полученных частных результатов с опытными данными предложена обобщенная структурно-энергетическая модель эрозии материалов, учитывающая: масштабные уровни внешнего нагружения, критериальные условия степени развития кавитации и начала эрозии, влияние на относительную износостойкость материалов энергетического критерия W*Kp, плотности внутренней энергии Еуд, энергии фазовых превращений Ефп, критической скорости удара vKp и аккумуляционного периода так.

Показана возможность не только прогнозирования износостойкости широкого круга материалов по перечисленным выше характеристикам, но и построения диаграмм поверхностной усталости.

Исследованы закономерности кавитационно-эрозионного изнашивания сталей и сплавов цветных металлов в коррозионно-активных средах. Испытания проводили в гидродинамической трубе и на МСВ потенпиостатически методом. Влияние коррозии на износ материалов оценивали по плотности тока коррозии. Установлено возрастающее влияние (в 2.40 раз) коррозионного фактора при кавитации в сравнении с коррозией в статике. Повышенную стойкость в растворах поваренной соил показали нержавеющие стали и сплавы титана.

Показана применимость структурно-энергетической теории кавитационно-эрозионного изнашивания для описания поведения материалов в коррозионно-активных средах: в растворах хлорида натрия, в диффузионном соке и в жидких средах, содержащих углекислый газ.

Разработаны методики ускоренных испытаний материалов на МСВ и в гидродинамической трубе в растворах хлорида натрия и в диффузионном соке соответственно, позволяющие оценить износостойкость и долговечность деталей в условиях, близких к эксплуатационным.

Предложены структурно-энергетические модели кавитационно-эрозионной стойкости композиционных материалов на полимерной основе (КМ) и газотермических (плазменных) покрытий (ГТП).

Установлено, что повышение прочностных характеристик КМ (модуля упругости, предела прочности, твердости, а также акустического сопротивления) приводит к снижению их кавитационно-эрозионной стойкости, а увеличение эластичности, относительного удлинения при разрыве, декремента затухания колебаний, критической скорости удара и аккумуляционного периода так, наоборот, увеличивает их износостойкость. При этом, как и у металлических материалов изноостойкость КМ зависит от так в степени - 0,5.0,7.

Требования к механическим свойствам металлических материалов и КМ с точки зрения повышения их эрозионной стойкости прямо противоположны. Так, например, стойкость металлов возрастает обратно пропорционально кубу их акустического сопротивления (pc)omH, а кавитационный износ КМ, наоборот, с увеличением (рс)отн возрастает в степени 0,5 (для эластичных) и 3,0 (для более хрупких) покрытий из КМ.

Структурно-энергетические модели кавитационно-эрозионного изнашивания и все вытекающие из них частные закономерности для пористых и оплавленных (компактных) ГТП полностью совпадают с соответствующими моделями и зависимостями износа от свойств и структуры, справедливыми для металлических материалов.

В качестве объективных критериев оценки кавитационно-эрозионной стойкости металлических ГТП в любых технологических жидких средах могут быть использованы: W*Kp, когезионная прочность ак, vKp, так и (рс)отн.

Разработаны и проверены в производственных условиях рекомендации по повышению долговечности деталей насосов свеклосахарных заводов применением износостойких материалов и износостойких покрытий: атоминиево-кремнистых сплавов и вакуумдиффузионных хромовых покрытий.

Для защиты оборудования свеклосахарных заводов от кавитационно-эрозионного и гидроабразивного изнашивания могут быть рекомендованы самофлюсующиеся ГТП на основе NiCrBSi, например, покрытия ПГ-СР4, ПГ-СРЗ, ПГ-12Н (с оплавлением), а также плазменное покрытие из нержавеющей стали ПХ18Н9Т.

1. Аскаров MA. Навитационное разрушение металлов и полимеров. Тбилиси. Сабчота Сакартвело, 1974. 140 с.

2. Атрошенко С.А. Многомасштабные процессы локализации динамического деформирования и их связь с механическими характеристиками металлов. Автореф.докт.дис., СПб, Ин-т проблем машиноведения РАН, 1994.

3. Белый В.И., Некоз А.И. Применение потенциостатического метода при эрозионном изнашивании металлов // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. научи.-техн. сб. 1977. Вып. II -С, 44-45.

4. Белый В.И. Повышение надежности и долговечности деталей оборудования пищевой промышленности, подверженных кавитационно-эрозионному изнашиванию: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Киев,1978. 24 с.

5. Белый В.И., Некоз А.И., Прейс Г.А. Влияние поляризации на кавитационно-эрозионное изнашивание металлов в химически активных средах // Проблемы трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб.1979. Вып. 16.-С. 44-46.

6. Белый В.И., Некоз А.И. Исследование кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в химически-активных средах // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1981. Вып. 19. С. 76-79.

7. Бершадский Л.И., Заманский Л.С. Управление приработкой кинематических пар трения.// Пробл.трения и изнашивания, Киев, "Техника", 1982, №21. С. 25-38.

8. Богачев И.Н., Минц Р.И. Кавитационное разрушение железоуглеродистых сплавов. Свердловск: Машгиз, 1964. 144 с.

9. Богачев И.Н., Минц Р.И. Повышение кавитационно-эрозионной стойкости деталей машин. М.: Машиностроение, 1964. - 144 с.

10. Богачев И.Н., Векслер Ю.Г., Карасюк Ю.А. Влияние коррозионных свойств среды на кавитационную стойкость сталей // Защита металлов. -1972. Т.8. № 3. С. 265-269.

11. Богачев И.К., Вайнштейн А.А., Волков С.Д. Введение в статистическое металловедение. М.: Металлургия. 1972.

12. Богачев И.Н. Кавитационное разрушение и кавитационностойкие сплавы. М.: Металлургия, 1972. 286 с.

13. Борщевский Ю.Т., Мирошниченко А.Ф., Погодаев Л.И. Повышение кавитационной стойкости двигателей внутреннего сгорания. Киев: Вшца школа, 1980. 208 с.

14. Буше Н.А. Трение, износ и усталость в машинах (Транспортная техника) М.: Транспорт, 1987. 223 с.

15. Взаимосвязь процессов кавитационного изнашивания и коррозии металлов в коррозионно-активных средах /А.И.Некоз, М.С.Стечишин,

16. B.И.Белый, А.Н.Кудрик // Проблемы трения и изнашивания: Респ. межвед. научн.-техн. сб. 1984. Вып. 25. - С. 39-44.

17. Владимиров В.И. Проблемы физики и изнашивания. ФХОМ, 1974, № 2.1. C. 23-30.

18. Влияние ионного азотирования на кавитационно-эрозионную стойкость конструкционных сталей в солевых растворах / А.И.Некоз, В.Г.Каплун, М.С.Стечишин, Н.А.Сологуб // Проблемы трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1984. Вып. 25. - С. 36-39.

19. Гавранёк В.В., Болыпуткин Д.Н. Исследование кавитационной стойкости и кинетики разрушения металлов. / Кавитационная и гидроабразивная стойкость металлов в гидротурбинах. М.: Машиностроение, 1965. С, 65-74.

20. Георгиевская Е.П. Кавитационная эрозия гребных винтов и методы борьбы с ней. Л.: Судостроение, 1978. - 206.с.

21. Гликман Л.А. Коррозионно-механическая прочность металлов. -М.-Л.:1. Машгиз, 1955. 176 с.

22. Гоуфорз Р.Е. Критерии штампуемости /Высокоскоростное деформирование металлов. М.: Машиностроение, 1966. С. 126-151.

23. Грегер Г. Расчет износа на основе гипотезы аккумулирования энергии при трении / Исследования по триботехнике. М.: НИИ информации по машиностроению, 1975. С. 187-195.

24. Гривнин Ю.А., Зубрилов С.П. Кавитация на поверхности твердых тел. -Л.: Судостроение, 1985. 124 с.

25. Гривнин Ю.А., Зубрилов С.П., Погодаев Л.И. Проблемы кавитации и кавитационной эрозии. С.-П.: Гос. университет вода, коммуникаций, 1993. 647 с.

26. Гутман Э.М.Механохимия металлов и защита от коррозии. М.: .Металлургия, 1974.

27. Дроздов Ю.Н. Развитие трибологии для экстремальных условий // Трибология и надежность машин. М.: Наука, 1990. С.5-18.

28. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. М.: Машиностроение, 1986. 224 с.

29. Заводский Ю.В. Планирование эксперимента в задачах автомобильного транспорта. М.: Московский автомобильно-дорожный институт, 1978. -155 с.

30. Зобачев Ю.Е. Повышение коррозионно-кавитапионной стойкости судовых гребных винтов. Автореф. канд. дисс. Ленинград, ЛИВТ, 1954. 17 с.

31. Иванова B.C., Терентьев В.Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия. 1975. 456с.

32. Иванченко Н.Н., Скуридин А.А., Никитин М.Д. Кавитационные разрушения в дизелях. Л.: Машиностроение, 1970. 152 с.

33. Карелин В.Я. Износ лопастных гидравлических машин от кавитации и наносов. М.: Машиностроение, 1970. 184 с.

34. Карелин В.Я. Кавитационные явления в центробежных и осевых насосах. М.: Машиностроение, 1975. - 335 с.

35. Карелин В.Я. Изнашивание лопастных насосов. М.: Машиностроение, 1983. 168 с.

36. Кавитационно-эрозионная стойкость углеродистых сталей в кислом растворе / В.А.Косенко, А.И.Некоз, И.И.Слобожанский, З.Кондрат // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1986. -Вып. 29.-С. 41-43.

37. Кац И.М. Антикавитационная зашита деталей гидромашин комбинированными полимерными покрытиями в условиях эксплуатации турбинных и насосных установок. Автореф. дисс. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. М.: 1976,- 19 е.- /МИСИ/.

38. Козырев С.П. Гидроабразивный износ металлов при кавитации. М.: Машиностроение, 1971. 240 с.

39. Козырев С.П. О кумулятивной природе изнашивающего действия кавитации. В кн.: Трение и износ в машинах. М.: Наука, 1968. Вып. 20. С. 72-90.

40. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация / Пер. с англ.- М.:Мир. 1974. 687 с.

41. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. М.: Химия, 1975. 125 с.

42. Кондрат 3., Некоз А.И. Потенциостатические исследования кави-тационного изнашивания в гидродинамичпекой трубе. // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1986. Вып. 29. - С. 70-73.

43. Кондрат 3., Кекоз А.И., Сологуб Н.А. Кавитационно-эрозионное изнашивание металлов в среде вода-углекислый газ // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. науч.-техн. сб.- 1987. -Вып. 32. С. 72-74.

44. Кондрат 3. Прогнозирование и повышение долговечности деталей оборудования, подверженных кавитационно-эрозионному изнашиваниюв технологических средах свеклосахарного производства. Дисс. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук. Киев, КТИПП, 1987. 199 с.

45. Кондрат 3., Некоз А.И., Литвиненко А.А. Исследование кавитационно-эрозионной стойкости полимерных материалов и композитов./ Научные труды укр. держ. ун-та пищевых технологий. Киев, 2001. № 10. С. 62-63.

46. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. 585 с.

47. Коротушенко Г.В. и др. Исследование и разработка методов повышения коррозионно-эрозионной стойкости цилиндровых втулок двигателей Бурмейстр-Вайн, Зульцер, 6Д-50М. Отчет по теме II-71, Н-72, Мурманск, МВИМУ, 1972.

48. Кудрин А.В. Исследование поведения материалов гребных винтов и некоторых способов их защиты в условиях коррозионно-механического воздействия морской воды. Автореф. канд. дисс., Владивосток. ДЛИ, 1969. 21 с.

49. Литвиненко А.А., Некоз А.И., Кондрат 3. Закономерности кавитационного изнашивания гидродинамических устройств. Тезисы докл. на международной научно-технич. конф. Киев, УДУХТ, 1997. С. 166.

50. Мясников Ю.М., Полипанов И.С. О методике кавитационных испытаний на магнитострикционном вибраторе // Заводская лаборатория. -1972. № 2. С. 237-239.

51. Некоз А.И.,Сологуб Н.А. Гидроэрозия металлов в диффузионном соке // Сахарная промышленность. 1968, № 7. - С. 17-18.

52. Некоз А.И., Прейс Г.А., Сологуб Н.А. Влияние сахарозы на гидроэрозию сталей // ФХММ. 1968. Т.4 № 5. - С. 574-577.

53. Некоз А. И. Гидроэрозия деталей центробежных насосов свеклосахарных заводов. Дисс. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук. Киев, 1968. 162 с.

54. Некоз А.И., Прейс Г.А., Сологуб Н.А. О гидроэрозии металлов в кислой среде//ФХММ. 1970. Т.1. № 2. - С.109-Ш.

55. Некоз А.И., Белый В.И. Ускоренный способ определения кавитационной и эрозионной стойкости металлов // Проблемы трения и изнашивания, Респ, межвед. науч.-техн. сб. 1973. Вып. 7. С.49-52

56. Некоз А.И., Белый В.И // Пробл. трения и изнашивания. Киев, 1975. Вып. 7, С.49-52.

57. Некоз А.И., Белый В.И., Стечишин М.С, Повышение долговечности деталей оборудования при кавитационно-эрозионном изнашивании // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1983. Вып. 23. С. 80-84.

58. Некоз А.И. Анализ кавитанионно-эрозионного изнашивания как процесса коррозионно-механического разрушения.// Трение и износ. 1984. Т.5. № 4, С. 748-753.

59. Некоз А.И.,Белый В.И., Пинчук В.Г. // Трение и износ. 1984. Т.5. № 1. С.166-169.

60. Некоз А.И., Косенко В.А., Кондрат 3. Влияние наводороживания на кавитационно-эрозионное изнашивание стали 45Х // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. научно-техн. сб. 1985. Вып. 28. - С.63-65.

61. Некоз А.И., Косенко В.А., Кондрат 3. // Пробл. трения и изнашивания. Киев. 1985. Вып. 28. С. 63-65.

62. Определение износостойкости материалов при кавитационно-эрозионном изнашивании / А.И.Некоз, М.С.Стечишин, Н.А.Сологуб, В.И.Белый // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1983. Вып. 24. - С.97-103.

63. О роли коррозионного Фактора при кавитационно-эрозионном изнашивании / Б.И.Белый, А.И.Некоз, Н.А.Сологуб, М.С.Стечишин, А.Н.Кудрик.// Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. науч-техн.сб. -1982. Вып. 22. - С. 73-76.

64. Осипов К.А. Некоторые активируемые процессы в твердых металлах и сплавах. М.: АН СССР, 1962, 129 с.

65. Панин В.Е. Методология физической мезомеханики как основа построения моделей в компьютерном конструировании материалов // Изв. вузов. Физика. № П, 1995. С. 6-23.

66. Пенкин Г.С. Гуммирование деталей машин., М., 1977.

67. Перельман Р.Г. Эрозионная прочность деталей двигателей и энергоустановок летательных аппаратов. М. Машиностроение, 1980. 245 с.

68. Перельман Р.Г. Метод расчета эрозионной прочности лопаток влажно-паровых турбин // Проблемы прочности. 1977, № 5. С.78- 85.

69. Перник А.Д. Проблемы кавитации. Л.: Судостроение, 1966.

70. Петров В.А., Башкарев А.Я., Ветгегрень В.И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. СПб, Политехника, 1993, 475 с.

71. Плессет М.С. Кавитационная эрозия в неводных жидкостях. Теоретические основы инженерных расчетов //Тр. Амер. общ. инж.-механиков. Серия Д. 1970. № 4. - С. 113-121.

72. Плессет М.С. Влияние температуры на кавитационное изнашивание //Тр. Амер. общ. инж,- механиков. Серия Д, техн. мех. 1972. Т. 94. № 3. - С. 48-56.

73. Погодаев Л.И., Некоз А.И., Слынько А.И. Относительная стойкость металлов в условиях гидроабразивного изнашивания при кавитации. В кн.: Проблемы трения и изнашивания, Киев, 1974, вып. 5, с.95-102.

74. Погодаев Л.И., Некоз А.И. О механизме кавитационного изнашивания // Проблемы трения и изнашивания: Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1975. Вып. 7.-С.11-16.

75. Погодаев Л.И., Байло В.Г., Дупляк О.В. Структурно-энергетическая модель контактного усталостного разрушения зубчатых колес. /Теоретические и прикладные проблемы износостойкости в машиностроении. Л.: ЛДНТП, 1982, С.74-79.

76. Погодаев Л.И., Шевченко П.А. Гидроабразивный и кавитационныйизнос судового оборудования. JI Судостроение, 1984. - 284 с.

77. Погодаев Л.И., Цветков Ю.Н. Некоторые закономерности кавитаци-онного изнашивания гребных винтов.// Судостроение, № 4, 1989, С.50-52.

78. Погодаев Л.И., Ежов Ю.Е. Основные закономерности гидроабразивного и ударно-абразивного изнашивания наплавочных материалов. 4.1 // Трение и износ. 1991. Т. 12. № 5. С. 801 811. Ч. II. // Трение и износ, 1991. Т.12. № 6. С. 893-992.

79. Погодаев Л.И., Цветков Ю.Н. Усталостно-энергетическая модель кавитационной эрозии материалов и судового оборудования. / Современные методы исследования и предупреждение коррозионных и эрозионных разрушений. Ижевск-Севастополь, 1991, вып.2, С. 81-97.

80. Погодаев Л.И., Пимошенко А.П., Капустин В.В. Эрозия в системах охлаждения дизелей. Калининград. Академия транспорта. 1983. 324 с.

81. Погодаев Л.И., Капустин В.В. Износ материалов. Севастополь, СВВМИУ, 1993. 56 с.

82. Погодаев Л.И., Голубев Н.Ф. Теория и практика прогнозирования износостойкости и долговечности материалов и деталей машин. СПб: -СПГУВК. 1997. 415 с.

83. Погодаев Л.И., Цветков Ю.Н., Голубев Н.Ф. и др. Долговечность, износостойкость и энергоемкость материалов при кавитационном воздействии // Пробл. машиностроения и надежности машин. 1997. № 2. С. 47-63.

84. Погодаев Л.И., Цветков Ю.Н., Голубев Н.Ф. и др. Зависимость износостойкости и долговечности материалов при микроударном нагружении от механических свойств поверхности // Пробл. машиностроения и надежности машин. 1997. № 3. С. 40-51.

85. Погодаев Л.И., Гривнин Ю.А. Математическая модель эрозии материалов при кавитации // Пробл. машиностроения и надежностимашин. 2000, № 3. С. 49-57.

86. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Дудко П.П. Повышение надежности трибосопряжений. С-Петербург. Академия транспорта РФ, 2001, 304 с.

87. Пимошенко А.П. Защита судовых дизелей от кавитационных разрушений. Л Судостроение, 1983. 120 с.

88. Прейс Г.А., Слинько А.И., Сологуб Н.А. Об изнашивании центробежных насосов пищевых производств // Проблемы трения и изнашивания. Респ. межвед. науч.-техн. сб. 1974. Вып.6. - С.102-105.

89. Прейс Г.А., Сологуб Н.А., Некоз А.И. Повышение износостойкости оборудования пищевой промышленности. М.: Машиностроение, 1979. - 208 с.

90. Пылаев Н.И., Эдель Ю.У. Кавитация в гидротурбинах. Л.: Машиностроение, 1974, 258 с.

91. Пылаев Н.И. Методика исследования кавитационной и абразивной стойкости материалов гидротурбин. Труды научно-технической конференции, Кавитационная и гидроабразивная стойкость металлов в гидротурбинах. - М.: Машиностроение, 1965. - 200 с.

92. Пылаев Н.И. Восстановление деталей гидротурбин, разрушенных кавитацией. //Энергомашиностроение, 1978, № I. С. 39-41.

93. Пылаев Н.И. Борьба с износом гидротурбин. Доклад № 17 / ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. Л., 1957. - 10 с.

94. Роль коррозионного фактора в кавитационно-эрозионном разрушении металла в пресных водах / Кичигин В.И., Халдеев Г.В., Пылаев Н.И., Эдель Ю.У., Кузнецов В.В.//Физико-механическая механикаматериалов, 1978, т.14, № 6. С. 95-98.

95. Спринжер Дж. Эрозия при воздействии капель жидкости. М.: Машиностроение, 1981. 199 с.

96. Степанов Г.В. Упругопластическое деформирование материалов плоской ударной волной / Высокоскоростная деформация, М.: Наука,1971. С. 19-23.

97. Сущенко С.А. Ударно-абразивный износ и механические свойства наплавочных материалов // Проблемы трения и изнашивания. 1990. Вып. 3. С. 34-38.

98. Слынько А.И. Гидроабразивное изнашивание центробежных насосов свеклосахарных заводов. Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Киев,1972.-23 с.

99. Стечишин М.С., Некоз А.И., Левчук В.А. О кинетической природе разрушения при кавитационно-эрозионном изнашивании // Пробл. трения и изнашивания, 1982, вып.22. С. 23-26.

100. Стечишин М.С., Кальва Е.Н. Кавитационно-эрозионная стойкость полимеркомпозиционных покрытий в солевых растворах // Пробл. трения и изнашивания. Респ. межвед. научн.-техн. сб. 1983. Вып. 24. С. 70-74.

101. Стечишин М.С. Повышение долговечности деталей оборудования пищевой промышленности, подверженных кавитационно-эрозионному изнашиванию в солевых растворах. Автореф. канд. дйсс. Киев, КТИПП, 1983.21с.

102. Стечишин М.С., Некоз А.И., Погодаев Л.И. // Трение и износ. 1990. Т.П,№3. С. 454-463.

103. Стечишин М.С., Некоз А.И., Погодаев Л.И. и др. Закономерности кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в коррозионных средах // Трение и износ. 1990. Т. II. № 3. С. 454-463.

104. Тимербулатов М.Г., Бочарников К.Ф. Кавитационная стойкостьсплавов на медной основе // Металловедение и термическая обработка металлов. 1960. № I. С. 5-10.

105. Тимербулатов М.Г. Влияние коррозии на кавитационную стойкость металлов // Защита металлов. 1972. Т.6. № 5. С.583-587.

106. Тимербулатов М.Г. Механизм кавитапионной эрозии и влияние на нее коррозионной стойкости металлов // Физико-хим. механика материалов. 1969. Т.8. № I. С. 50-53.

107. Тирувенгадам А. Обобщенная теория кавитационных разрушений // Тр. Амер. общ. инж.-механиков: Серия Д: Техническая механика. 1963.3. С. 48-61.

108. Точковой В.А. Повышение кавитационной стойкости деталей центробежных насосов в свеклосахарном производстве: дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Киев. 1979.

109. Фадеев И.П. Эрозия влажно-паровых турбин. J1.: Машиностроение, 1974.

110. Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. Ташкент: "Фан". 1985.

111. Фляйшер Г. Энергетический метод определения износа // Исследования по триботехнике. М.: НИИ информации по машиностроению.: 1975. С. 277-291.

112. Фомин В.В. Гидроэрозия металлов. -М.: Машиностроение, 1977. 288с.

113. Цветков Ю.Н., Погодаев Л.И. Методика ускоренных лабораторных испытаний по определению относительной кавитационной износостойкости сплавов применительно к условиям эксплуатации гидромашин. // Трение и износ, 1994. Т.15. С.461 469.

114. Чичинадзе А.В., Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А. Триботехнические испытания / Трибология: Исследования и приложения: опыт США и стран СНГ. М.: Машиностроение, 1993. С. 353-378.

115. Эдель Ю.У. Современные направления защиты гидротурбин откавитационной эрозии. Гидротехническое строительство. 1974. № 4. С. 29-32.

116. Эндо С., Окада Ц., Баба Е. Фундаментальные исследования кавитационной эрозии // Нихон кикай Гакаай Ромбунсю. 1968. т.34. № 627. С. 1831-1838.

117. Эрозия. Перевод с англ. под ред. К.Прис. М.: Мир, 1982, 464 с.

118. Althof F.C., Buhl Н., Volgt Н. Zum Potential verhalten der oberflache metallicher Werkstoffe bei milder und starker Schwingungskavitations V. Elsen-Werkstoffe. /AVerkst. und Korros. -1975. V.26, № 9. p. 682-694.

119. Cwiczenia laboratoryjne z korozji i ochrony metali. Praca zbiorowa pod redakcj^R. Juchniewicza. Gdansk. 1974. 214s.

120. Clark D.S. The Behavior of Metals under Dynamik Looding, Trans. Amer. Soc. Metals, 46, 1954. 34.

121. Clark D.S. and Wood D. S. The Tensile Impact Properties of Some Metals and Alloys, Trans. Amer. Soc.Metals, 42,1950 ,45.

122. Eisenberg P., Preiser S., Thiruwengdam A. On the mechanism of cavitation damage and methods of protection //Transactions SNAME. 1965. V.73.1. P. 211-286.

123. El Raghy S.M., Abd-El-Kader H., Abau-El-Hassan E. Elektrochemistry of abrasion corrosion of low alloy steel in l%NaCl solution // Corrosion (USA). 1984.V.40. № 2. P. 60-61.

124. Encyklopedia fizyki wspolczesnej. PWN. 1983. 1008 s.

125. Endo Kichiro, Komai Kenjiro. Cathodic protection in cavitation erosion //

126. Corros. Eng. 1977. V.36. № 3. P. 133-138.

127. Fairbranks H.V. Some observations as to the influence of vibrations upon the metal, ,,6-th International Congress on Mettallic corrosion. Sydney, 3rd-9th Dec.,1975. Extend.Abstrs", S.I. s.a. Var. pag.N.15.2.

128. Foroulis Z. A. The influense of Volocity and dissolved oxygen on the initial corrosion behavior of iron high puriti Water // Corrosion. 1979. V. 35. № 8. P. 340-344.

129. Gina P.E., Messino., Lett. Niovo Cimento. 1969.Vol.l. P. 305.

130. Gehring G.A., Peterson M.H. Corrosion of 5456-H117 aluminium in high Velocity sea water // Corrosion (USA). 1981.V. 37. № 4. P. 232-242.

131. Gillemot L. Periodica Politechnica, Enginiring-Maschinen and Bauwesen. Budapest. 1965. V.10. № 2. P. 77-94.

132. Grychowski J., Lamboj J. Wplyw stosowanej metody na wynik laboratoryjnych badan kawitacyjnej odpornosci tworzyw konstrukcyjnych // Ochrona przed korozja. 1974. № 1. s. 1-7.

133. Heaton W. E. Impingement corrosion of condenser tubes. // Chem. and Ind. 1977. № 13. P. 29-36.

134. Heaton W. E. Impingement corrosion of condenser tubes materials: some electrochemical observations //Brit. Corros. J. 1977. V. 13. № 2. P. 57-63.

135. Hirth F.W., Speckhardt H. EinfluP verschiedener Parametr auf das Verhalten von Reinaluminium A1 99,5 bei Schwingungskavitation // Metall (W. Berlin). 1976.V.30. № 3. P. 245-249.

136. Hirth F.W., Speckhardt H. Kavitations Korrosion an einer Al. Legierung // Werst. und Korros. 1976. V.27. № 3. P. 154-157.

137. Hobbs J.M., Laird A., Brunton W.C. NEL Rep. № 271 National Eng. Laboratory, East Kilbride, United Kingdom, 1967.

138. Hobbs J.M. Experince with a 20-kc Cavitation Erosion Test, ASTM Spec. Tech. Publ, 408, p.p. 159-179 (1967).

139. Jones D.A. Effect of water chemistry on the erosion- corrosion of aluminiumin high temperature high velocity water. // Corrosion (USA).1981. V. 37. № 10. P. 563-569.

140. Kaspr2ycka E. Odpornosc na korozje dyfiizyjnych warstw chromowanych, wytwarzanych metod^ prozniowq. na stali niskow^glowej w agresywnych srodowiskach przemyshi spozywczego // MOSTP. 1987. № 85. s. 28-35.

141. Kiyoshige Masanori, Ueno Keiji, Mori Minoru Yanase Motoaki. A study of corrosion of steel tubes in flowing seawater under heat-transfer condition. // Trans. Iron and steel. Inst. Jap. 1975. V.15. № 10. P. 509-515.

142. Kling C.L., Hammit E.G. Trans. ASME, J. of Basic Eng. 1972. 825p.

143. Knapp R. Recent investigations of cavitation and cavitation damage. Trans. ASME, 77, 1955, p.1045-1054.

144. Kondrat Z., Sologub N.A., Niekoz A.I. Badania erozyjno-kawitacyjnej odpornoSci wybranych materialow konstrukcyjnych na stanowisku przeplywowym //Materialy konferencji korozyjnej KOROZJA- 87. -Krakow, 1986. s. 293-297.

145. Kondrat Z., Bockowski W. Odpornosc wybranych tworzyw na erozj§ kawitacyjn^ / VIII Konferencja naukowo-techniczna MURS. Bialystok-Biatowieza, 2-4 wrzesnia 1998. s. 183-189.

146. Krupicz В., Kondrat Z., Hejft R., Lukaszewicz K. Wlasnosci mechaniczne materialow a ich odpornosc na erozj§ kawitacyjn^. 5 th International Symposium on Creep and Coupled Processes, Bialowieza-95.

147. Krzysztofowicz Т. О niszczeniu tworzyw konstrukcyjnych wskutek kawitacji // Prace Inst. Maszyn Przeplywowych.-1971. Zeszyt 53. s. 89-121.

148. Le Roy R.L. Evaluation of corrosion rates from nonlinear polarization data // J. Elektrochem. Soc. 1977. V.124. №7. P.1006-1012.

149. Larsen-Badse J. //Wear, 12 (1968). P. 35-53.

150. Mousson J.M. Pitting resistance of metals under cavitation conditions. Trans. ASME, 1937. P. 399-408.

151. Moreland P. J., Rowlands J. Methode und Instrumenterung bei

152. Polarisationswiderstands-Mesungen // Werkst. und Korrosion. -1977. V.28. № 4. P. 249-258.

153. Nemecek S. Cyklicke kavitacne korozni zkousku odolnosti materialu //Stroiirenstwi. -1971. T.10. S. 21-24.

154. Necos.A.I., Kondrat Z., Pogodaev L.I. The applicaction of mechanical principles of cavitation wear for research of homonization and emulsification liquid processes / Mechanika Pfynow VIII Konferencja Krajowa, Bialystok-Bialowieza. 2, 1988. s. 23-28.

155. Oeterin Karl Albert van. Korrosion in Wassern // Metalloberflache. -1977. V. 31. № 2. P. 83-84.

156. Piltz H.H. Werkstoffzerstorung durch Kawitation. Diisseldorf: VDI -Verlag. 1966. 260s.

157. Pini G.C., Bachmann E., Orkenyi G. Werkstoffprufiing bei hohen Stromimgsgeschwindigkeiten //Werkst. und Korros. 1976. V.27. № 10. s. 693-697.

158. Pini G.C., Weber J. Priifiing und Auswahl von Kavitationsinhibitoren //Werkst. und Korros. -1976. V 27. № 6.-s. 425 -431.

159. Plesset M.S. On Cathodie Protection in Cavitation Damage //Trans. ASME.Ser.D.-1960. V. 82. P. 808-820.

160. Pogodaev L.I., Protopopov A.S. Stady of laws governing droping erosion of materials // Friction and Wear. V.10, № 1. 1989. P. 13-23.

161. Pogodaev L.I., Kuzmin V.N. Structure-energy models of the wearof materials and equipment. -Russia: St. Petersburg State University for Water Communication, 2001. 207p.

162. Schulmeister R. Vibratory Tests in Water on the Combined Action of Cawitation and Corrosion. Characterization and Determination of Erosion Resistance //ASTM STP. V.47. № 4. 1970.

163. Schulze M., Schwenk W. Uber den EinfluB der Stromungsgeschwindigkeit und der NaCl Konzentration auf die Sauerstoffkorrosion unlegirten Stahlsin Wasser// Werkstoff und Korros. -1980. V. 31. № 8.S. 611-619.

164. Steller K. Wspoldzialanie kawitacji z korozj^ 11 Ochrona przed korozj^. -1975. № 3. S. 65-70.

165. Steller K., Krzysztofowicz T. Erozja kawitacyjna srub okr^towych -Budownictwo okr^towe. 1986. V 31. № 10. P. 430-435.

166. Thiruvengadam A. A Unified Theory of Cavitation Damage //Trans. ASME. J. Basic Engr. 1963. D.85. № 3. P. 365-376.

167. Thiruvegadam A., Preiser H.S. //J. Ship Res. 1964. V 8, № 39. P. 39-56.

168. Wheeller W.H. Mechanism of cavitation erosion // Cavitation in Hydrodinamics. -1956. № 21. P. 1-9.

169. Wittwer Hans Joachim. Die kritische Zuggeschwindigkeit und Bedeutung zur kennzeichungen Werkstoffverhaltens bei stoBartiger Belastnng. // Materialprufung, 1973, № 15.

170. Yyas В., Preece C.M. //J. Appl. Phys. V.47. № 5133. P. 214-235.

171. Результаты испытаний чугуна Z1200 при трех параллельных опытах на установке с УЗГ

172. Амплитуда Ток поляризации Потери массы, мг Среднее Дисперсииопыта колебания а, мкм in, мА/см2 У1 У2 Уз опытное У1 в строке s2(vi)1 30 (+) 18(+) 11,69 11,07 11,14 11,30 0,23052 30(+) 10(-) 6,76 6,39 6,83 6,66 0,0559

173. Ю(-) Ю(0 5,79 6,08 6,04 5,97 0,0247