Page 7 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 陈天骅, 等: Inconel 718镍基超合金的空蚀行为研究 417

表 2 Inconel 718镍基超合金和316 L不锈钢的硬度和密度 试验过程中控制水温在25±2 ℃，具体步骤如下：1) 将
Table 2 Microhardness and density of Inconel 718 and 烧杯清洗干净，然后倒入试验要求用量的自来水. 用
316L stainless steel
K型热电偶测量水温大约在15~17 ℃之间(初始水温会

3
Sample Microhardness (HV 25g ) Density/(g/cm )
因室温环境变化有所不同). 2) 将测试样品与超声振
Inconel 718 317.12 8.215 3
动样品安装到规定位置，打开低温恒温槽，将设定温
316 L 295.76 7.957 3
度调至大于25 ℃，此时低温恒温槽上会显示设定温度
由杭州成功超声设备有限公司生产的型号为UVA-1 与显示温度，待低温恒温槽显示烧杯中水温升至23 ℃
的超声空蚀试验机. 该试验机主要由高精度全自动交 时，用K型热电偶对烧杯内水温进行检测和确认，达到
流稳压器、超声波功率测量仪、超声波控制箱、低温恒 试验要求的温度范围内后便可开始空蚀试验. 3) 为了
温槽和超声振动机五部分组成，试验机主体-超声振 保证空蚀试验过程中水温一直保持在25±2 ℃的规定
动机的示意图如图1所示. 按照ASTM G 32-10标准要 范围内，采用K型热电偶对试验过程烧杯内水温进行
监测，并以此作为依据指导调节低温恒温槽的设定温
求，试验过程中的振动频率与峰-峰振幅分别为20±
0.5 kHz和50 μm，试验机产生的超声振动是通过压电 度，进而实现控制水温在试验要求区间. 具体的空蚀
试验条件列于表2中，空蚀试验所有样品均在相同的
转换器产生并通过适当的电子振荡器和功率放大器
驱动. 空蚀试验过程中，测试样品表面浸入液体介质， 试验条件下进行，每个样品的空蚀试验总时长为600 min.
1.2.2 样品检测与表征
与液面距离保持在12±4 mm，超声振动样品直径为
样品密度测试采用美国MICROMERITICS公司
15.9 mm，其底面同样浸入液体介质内且与测试样品
生产的型号为AccuPyc1330全自动真密度分析仪测
表面间隔0.5 mm. 本次试验中选用自来水作为液体介
得，每种测试样品分别取2个进行测试，每个样品测试
质，试验时将其置入玻璃烧杯中，水位高度为100±10 mm.
5次，最终求取平均值作为样品密度. 按照美国 ASTM
E 384-17材料显微硬度测试方法在 MH-5-VM显微硬
Power supply
Ultrasonic transducer 度计上进行显微硬度测试，施加载荷选用0.25 N，保持
Vertical
adjustment
Vibrating horn 时间5 s，每个样品测量10次并求取平均值. 样品的密
Upper specimen
Sample stage 度和硬度列于表3中. 使用型号BS224S精度为0.1 mg
Test specimen
的电子分析天平对空蚀前后样品质量进行测量，样品
Cooling water
Beaker 在每次称量前用无水乙醇超声清洗10 min并用暖风吹
干，每个样品称量5次，求其平均值. 采用白光干涉三
Cast-iron table
位 形 貌 仪 (White Light Interference 3D profilometer，

Fig. 1 Schematic diagram of the ultrasonic vibration Nano Focus μsurf expert，德国)对测试样品空蚀前后的
apparatus for cavitation erosion 表面粗糙度进行测量，样品测量选取不同磨损位置测
图 1 空蚀超声振动装置示意图 量5次，取其平均值. 为了对测试样品的组织结构有比

(a) (b) (c)

25 10.83
25

ϕ35 2

8
28.61 24.49

ϕ15.9
5.2 5.2
mm

Fig. 2 Shape and size of test specimens (a) 316L，(b) Inconel 718 and (c) vibration specimen
图 2 试验样品(a) 316L，(b) Inconel 718与振动样品(c)的形状与尺寸