Page 10 - 《摩擦学学报》2020年第4期
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420                                     摩   擦   学   学   报                                 第 40 卷


                     (a)   Ni 3 Fe  Austenite  Co 3 Ti                  (b)   Austenite  Martensite (Tetragonal)
                                            Ni 3 (Al, Ti)                     Cr 2 Ni 3  Fe 3 Ni 2
                                  Nb 0.1 Ni 0.9
                           AlNi 3
                                                                              α-Fe     C 0.17 Fe 0.81 Si 0.02 (Hexagonal)
                   Relative intensity  After CE for                   Relative intensity  After CE for
                               After CE for
                                 600 min
                                                                                  After CE for 600 min
                                360 min
                                                                                   360 min
                                                                                  After CE for
                               After CE for
                                                                                   180 min
                                 180 min
                                                                                  Before test
                               Before test
                    30  40  50  60   70  80   90  100                 30   40  50  60   70  80  90  100
                                  2θ/(°)                                             2θ/(°)

                             Fig. 6  XRD patterns of Inconel 718 (a) and 316L (b) at different cavitation erosion time
                                  图 6    测试样品Inconel 718 (a)和316L(b)在不同空蚀时间的XRD图谱
            式2dsinθ=λ计算出晶面间距d的数值，并与XRD的PDF                     小坑相互合并形成. 当空蚀磨损600 min后，两种测试
            标准卡片进行比照，推测在空蚀时间延长至180、                            样品的表面形貌相似，均呈现出爆米花状的破损形式.
            360和600 min时，得到的衍射峰分别倾向于四方晶系                       与Inconel 718比较可以明显看出，316L的空蚀磨损程
            C 0.08 Fe 1.92 、α-Fe和六方晶系C 0.17 Fe 0.81 Si 0.02 物相. 结合  度更为严重，局部深坑显著.
            空蚀磨损率曲线[见图4(b)]分析发现，当空蚀至180 min，                       为加深理解Inconel 718微观组织结构在空蚀过程
            新相的出现并未引起空蚀率的降低；反而在空蚀至                             中的演变机理，通过FESEM场发射电镜对样品空蚀表
            360和600 min时，空蚀率有不同程度的降低，这可能                       面作了进一步考察. 图8为Inconel 718空蚀磨损120 min
            与新相的形成及组织结构的差异有关.                                  后空蚀表面的FESEM照片，图中示出空蚀表面有形变
            2.3.2    空蚀磨损表面微观形貌                                孪晶形成. 与空蚀前的表面形貌相比，空蚀120 min
                图7为测试样品在不同空蚀时间的空蚀表面形貌                          后，观察到空蚀磨损表面有明显的形变孪晶，且与空

            的SEM照片. 从图7(a)看出，空蚀60 min后，Inconel                 蚀前腐蚀后的金相形貌相比，形变孪晶有明显增多的
            718空蚀表面呈现轻微的起伏未观察到明显的塑性变                           趋势. 研究推测，Inconel 718表面在空蚀过程中受到空
            形，损伤发生在晶界及孪晶界处，晶粒内部基本没有                            泡溃灭的冲击引发塑性变形并在材料内部产生内应
            损伤. 与此同时，316L空蚀表面波动起伏显著，部分形                        力，随着空蚀的继续，材料内部的滑移不断进行，由于
                                                                                                          [17]
            貌呈褶皱状凸起，产生轻微的塑性变形[见图7(e)]. 当                       孪生是在晶体已产生一定形变的情况下才开始的 ，
            空蚀时间增至180 min，与空蚀60 min后的表面形貌相                     于是滑移的产生为孪生提供了相应的内部条件，因

            比，Inconel 718塑性变形程度提高，但依然留有较为完                     此，Inconel 718在空蚀条件下可能产生形变孪晶. 相关
            整的原始形貌于晶粒内部，随着晶界破损程度的不断                            研究  [18-19] 也证明了Inconel 718在一定的变形条件下，
            升级，在一些破损晶界处伴随有凹坑的形成[见图7(b)]，                       组织中确实存在形变孪晶，并提出产生这一现象的原
            晶界作为相对薄弱界面，在空蚀过程中容易形成应力                            因是由于γ″强化相层错能低，不全位错切过γ″相及基
                                     [16]
            集中促使破损程度不断扩大 . 相比之下，316L已进                         体，最终发生形变孪晶. Inconel 718作为析出强化型高
            入空蚀第二阶段，空蚀表面破损程度进一步加深，凹                            温合金，其主要强化相γ″(Ni Nb)为体心四方结构，当
                                                                                       3
            凸不平呈山脊状，晶粒形状基本无法识别，在连续不                            遇到温度等条件变化时，强化相γ″将从材料内部脱溶
            断地空泡溃灭冲击下，部分表面形成空洞. 空蚀360 min                      析出. 空蚀过程中空泡溃灭不仅可以引发对材料表面
            后，Inconel 718表面绝大部分已遭受空蚀破坏，空蚀表                     的机械冲击作用而且会在材料表面产生瞬时高温，由
            面形貌呈山脊状，且在凹凸不平之间有微裂纹的出                             此本文中设想这些环境变化可能使Inconel 718材料内
            现，但仍有少数区域保留有原始表面形貌. 在此期间，                          部在滑移变形过程中出现上述类似现象从而形成孪晶.
            316L不仅有微裂纹的产生，大面积的类似酒窝状的深                          2.3.3    空蚀断面形貌
                                                   [10]
            坑也成为了这一阶段的特征，相关研究报道 ，深坑                                图9为Inconel 718与316L空蚀600 min后的断面形
            的形成可能是由于材料表面在空泡溃灭的反复冲击                             貌的SEM照片，从图9中可以看出，两种测试样品表面
            作用下，裂纹扩展导致材料不断损失并促使许多空蚀                            在空蚀600 min后均呈现许多显著的、形状各异、深度
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