Page 6 - 《摩擦学学报》2020年第4期

416 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

mass loss of 316L was contributed to the continuous formation and merger of numerous pits on cavitation surfaces. After
cavitation erosion for 120 min of Inconel 718, obvious deformation twins were observed on the eroded surface.
Compared with the metallographic morphology before cavitation, the number of the deformation twins significantly
increased.
Key words: Inconel 718 nickel-based superalloy; cumulative mass loss; cavitation erosion; incubation period;
deformation twinning

空蚀磨损通常出现在船舶螺旋桨、水泵配件和涡 金在空蚀过程中会诱导形成纳米级析出相的观点，并
[12]
轮叶片等水力机械工件表面，不仅如此，在航空航天、 推测该析出相为Ni Nb .
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核工业等领域也同样受到空蚀磨损的影响 [1-3] . 空蚀是 在本次研究中，我们采用Inconel 718镍基超合金
与液体接触的固体表面在液体出现空化的过程中产 和316L不锈钢作为试验样品. 除了比较两种样品在空
生的较为严重的磨损现象，当空泡在固体表面附近坍 蚀过程中的表现行为之外，也研究和讨论了其在空蚀
塌时，溃灭产生的冲击高压会对材料的固体表面产生 磨损过程中的空蚀损伤机制.
瞬时高温和很大的冲击力，从而带来材料微观结构的
1 试验部分
变化 [4-5] .
近年来，研究人员对不同液体条件下各种材料的 1.1 试验材料
空蚀磨损行为进行了深入研究，结果表明空蚀磨损与 试验采用材料分别为从北京钢铁研究总院购买
材料的性能和微观结构有很大关系，如晶粒尺寸、晶 的Inconel 718镍基超合金棒材和金超生产厂购买的
格缺陷、堆垛层错能、相变和加工硬化等 [6-8] . 因此，深 316L不锈钢棒材，棒材尺寸分别为Inconel 718φ35 mm
入了解空蚀过程中材料微观结构的演变规律与材料 和316Lφ38 mm. 两种棒材的化学成分、硬度和密度列
空蚀损伤机制对预防及减小空蚀磨损新材料的设计 于表1~2中. 试验所需样品是从该两种材料上经线切

具有重要的指导意义. 割加工获得，样品的详细尺寸如图2所示. 在空蚀试验
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镍基高温合金作为重要的结构材料，其机械性能 前，样品均用碳化硅防水砂纸按80 、180 、320 、600 、
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对微观结构非常敏感. 对镍基高温合金空蚀行为的研 800 和1 000 的顺序依次进行打磨，然后用0.5 μm金刚
究表明，其抗空蚀磨损性能与其独特的微观结构密切 石悬浮液抛光，最后用0.05 μm氧化铝悬浮液抛光. 所
相关. Hu等 在比较Inconel 600和Inconel 625的抗空蚀 有打磨、抛光工序均在德国标乐(Buehler德国)公司生
[9]
性能过程中发现Inconel 625优于Inconel 600的原因是 产的半自动精密磨抛机上进行. 为了获得近乎一致的
由于Inconel 625具有相对较高的孪晶密度和硬度. 不 表面粗糙度与清洁度，所有样品在打磨及抛光工序中
同材料微观结构的差异会在空蚀过程中有明显不同 均采用250 r/min的转速，之后用清水冲洗，最终用无
[10]
的表面结构变化的响应. 李珍等 在研究Hastelloy C- 水乙醇超声清洗20 min. 与试验样品空蚀前处理方式
276合金气蚀行为时，发现空蚀9 h后在严重磨损区域 不同，为了获得统一的超声振动振幅，需要将合适尺
有纳米析出物的出现，进一步分析判断该合金具有选 寸的超声振动样品固定在空蚀机变幅杆底部. 由于超
择性气蚀的特点. 声振动样品在前期已经过精加工，因此只需在1 000 #
Inconel 718镍基超合金是在航运、航空航天和核 砂纸上对表面进行打磨去掉加工刀痕，之后用无水乙
工业等领域普遍应用的具备优异性能的一种高温合 醇超声清洗3 min左右即可. 超声振动样品所用材料为
金，但却容易受到空蚀磨损的影响. Inconel 718高温合 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，其详细尺寸见图2.
金基体主要为γ相，作为析出强化型高温合金，其主要 1.2 试验方法
[11]
强化相为γ″(Ni Nb)，辅助强化相为γ′相(Ni (Al，Ti)) . 1.2.1 空蚀试验
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在以往的研究当中，研究人员提出Inconel718高温合 空蚀试验装置是根据美国ASTM G 32-10标准，
表 1 Inconel 718镍基超合金和316 L不锈钢的成分
Table 1 Composition of Inconel 718 and 316L stainless steel

Sample w(Ni)/% w(Cr)/% w(Fe)/% w(Mo)/% w(Nb)/% w(Ti)/% w(Si)/% w(Al)/% w(C)/% w(Co)/% w(Mn)/% w(S)/% w(Cu)/% w(P)/%
Inconel 718 48.97 18.38 18.64 2.93 4.63 1.00 0.20 0.47 4.05 0.40 0.17 0.05 0.10 -
316 L9.20 9.20 16.11 66.65 2.31 0.82 0.49 4.34 - - - - 0.01 - 0.07