水輪機葉片Ti5553合金的沖蝕磨損特性研究.pdf

1、水輪機是水利發(fā)電中必不可少的驅(qū)動裝置，在多泥沙水域中，水輪機葉片的沖蝕磨損問題成為水利發(fā)電中亟待解決的難題。高強度近β型Ti5553合金具有優(yōu)異的強度、斷裂韌性和淬透性，在航天航空、海洋、船舶、能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。但在含泥沙水域中鈦合金制成的許多部件存在沖蝕磨損問題，極大的限制了其在多相流沖蝕漿料環(huán)境中的應(yīng)用。因此，研究Ti5553合金的沖蝕磨損性能逐漸成為海洋摩擦學(xué)領(lǐng)域重要的一項研究熱點。
　　由于鈦合金材料的微觀組

2、織是影響其性能的關(guān)鍵因素，根據(jù)Ti5553合金的熱加工特性，本文采用先進的等通道轉(zhuǎn)角擠壓方法對Ti5553合金進行熱加工處理，隨后進行固溶處理和時效處理，以有效地細化Ti5553合金的顯微組織，進而提高Ti5553合金在含海沙水域中的抗沖蝕磨損能力，并取得了原創(chuàng)性的研究成果。
　　第一，運用ABAQUS自帶的點跡跟蹤法模擬Ti5553合金的等通道轉(zhuǎn)角擠壓過程中，探討擠壓角、擠壓溫度、擠壓速度、摩擦系數(shù)對應(yīng)力場分布均勻性的影響。模擬

3、結(jié)果表明:在外接圓弧角ψ和內(nèi)轉(zhuǎn)角φ均為90°時，試樣產(chǎn)生的變形較大，應(yīng)力分布較均勻，且應(yīng)力集中現(xiàn)象較小;當摩擦系數(shù)、擠壓速度增加時，產(chǎn)生等效應(yīng)變的時間均提前;擠壓溫度為850℃，擠壓速度為25 mm·s-1，潤滑條件良好的情況下，Ti5553合金的變形情況相對較好。
　　第二，分別測試了經(jīng)高溫ECAP處理前后Ti5553合金的力學(xué)性能。結(jié)果表明:經(jīng)高溫ECAP擠壓后的Ti5553合金的屈服強度提高了36％，斷裂失效時的應(yīng)變提高了6

4、6％，斷裂韌性提高了49.4％，沖擊韌性提高了31.4％。
　　第三，通過對比沖蝕前后經(jīng)ECAP擠壓和未經(jīng)ECAP擠壓的Ti5553合金的失重情況，評定其沖蝕磨損程度。結(jié)果表明:在相同的沖蝕磨損條件下，經(jīng)過ECAP擠壓的Ti5553合金，重量損失減小了40％，劃痕及和沖擊坑裂紋的面積減小了62％，灰度值的標準方差也減小了32％，試樣表面更加光滑，抗沖蝕磨損性能顯著提高。
　　第四，通過觀察經(jīng)ECAP擠壓后Ti5553合金在不

5、同沖蝕磨損階段的表面形貌情況，探討其失效原因和沖蝕磨損機理。結(jié)果表明:隨著沖蝕磨損時間的增加，被沖蝕材料的沖蝕磨損機理由開始階段的微切削逐漸變成沖擊擠壓變形，且保持不變;均勻分布在緊實β基體內(nèi)的α相對于提高合金的強度、韌塑性及抗沖蝕磨損能力方面起到了關(guān)鍵的作用。
　　本文首次運用高溫ECAP工藝對Ti5553合金進行加工處理，研究了高溫ECAP工藝對Ti5553合金微觀組織和沖蝕磨損性能的影響。結(jié)果表明，該方法可顯著地提升Ti55