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耐磨钢在湿磨和空蚀条件下的腐蚀磨损性能与机制

作　者: 邢文静
导　师: 丁厚福；陈翌庆；郑玉贵
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料学
关键词: 湿式研磨机衬板低碳高合金钢高锰钢中碳合金钢腐蚀磨损机制空蚀电化学冲击腐蚀磨损交互作用
分类号: TG142.15
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本论文研究了几种耐磨钢在不同介质中湿磨和空蚀实验条件下的腐蚀磨损性能和机制。应用了失重法、扫描电镜、显微硬度、电化学及表面粗糙度测量等方法，探索研究了不同介质和实验条件对耐磨钢冲击腐蚀磨损机理和空蚀机理的影响。针对低碳高合金钢和两种湿式研磨机衬板常用材料高锰钢和中碳高合金钢在酸性条件下、不同颗粒中冲击腐蚀磨损的研究表明，试样硬度和颗粒硬度的比值小于0.85时，颗粒硬度对磨损起决定作用。低碳高合金钢和高锰钢在腐蚀介质中不同冲击功的作用下，高锰钢由于耐腐蚀性差，大大降低了它的使用性能，腐蚀对材料流失的促进很大。而低碳高合金钢因为其耐腐蚀性能好，加之板条马氏体硬度高，阻碍裂纹扩展，使得它具有较好的耐冲击腐蚀性能。采用电化学手段，通过极化曲线、交流阻抗谱和线性电阻的测量，对两种钢在不同腐蚀介质中的纯耐腐蚀性能作了一系列的研究。结果表明，在酸性和中性介质中，由于低碳高合金钢成分中含有Ni、Cr、Mo等元素，因此在试样的表面形成钝化膜，使得试样的耐腐蚀性增加。但低碳高合金钢在碱性介质中一直处于活性溶解状态，耐腐蚀性较之在酸性和中性介质中差。高锰钢在中性介质和酸性介质中一直处于活性溶解状态，腐蚀速率较大，但由于高锰钢阴极极化阻碍了阳极腐蚀，使得它在碱性中的耐腐蚀性相对中性和酸性介质中的耐腐蚀性大大增加。在空蚀实验的动态条件下，通过引进电化学手段，系统地研究了在不同介质中，冲击、腐蚀、磨损三因素在实验过程中对试样破坏的影响及其交互作用。研究结果表明，在酸性和中性介质中，腐蚀因素不是影响低碳高合金钢的空蚀性能的主要因素，通过低碳高合金钢在中性介质中的腐蚀磨损交互作用的各个分量所占的份额来看，低碳高合金钢腐蚀引起的力学破坏增量W_CE和力学破坏引起的腐蚀增量W_EC大致相同，分别占有总量的7.8％和7.2％。高锰钢在空蚀条件下，腐蚀引起的力学破坏增量W_CE和力学破坏引起的腐蚀增量W_EC分别占总量的29.3％和11.2％，说明腐蚀是影响高锰钢的主要因素。在碱性介质中，高锰钢的耐腐蚀性能尤其优越，从而使得高锰钢在这种介质中的抗空蚀性能远比低碳高合金钢好。低碳高合金钢在空蚀条件下，铁素体相区率先产生裂纹、脱落，最终导致试样破坏。高锰钢在空蚀的初期，通过滑移和加工硬化等塑性变形，使得它具有很好的抗空蚀能力，但在空蚀后期，位错冲破塞积，致使试样破坏。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
致谢  10-16
第一章绪论  16-38
  1.1 金属腐蚀磨损  16-22
    1.1.1 引言  16
    1.1.2 金属腐蚀磨损的定义及其研究范围  16
    1.1.3 金属腐蚀磨损的研究简史和现状  16-18
    1.1.4 腐蚀磨损主要测试设备  18-22
  1.2 金属材料的空蚀  22-36
    1.2.1 空蚀的成因  23-24
    1.2.2 空蚀的基本原理  24-28
    1.2.3 空蚀破坏特点  28-29
    1.2.4 空蚀的影响因素  29-32
    1.2.5 研究空蚀的试验设备  32-34
    1.2.6 金属材料空蚀发生的过程以及影响金属材料空蚀的主要因素  34-36
  1.3 本文研究的背景和主要内容  36-38
第二章耐磨钢在不同介质中的腐蚀行为  38-56
  2.1 实验方法  38-39
  2.2 实验介质  39
  2.3 实验结果分析  39-50
    2.3.1 酸性介质  39-43
    2.3.2 中性介质  43-46
    2.3.3 碱性介质  46-50
  2.4 实验讨论  50-55
    2.4.1 腐蚀因素对低碳高合金钢和高锰钢的影响  50-55
  2.5 本章小结  55-56
第三章耐磨钢在湿磨中的冲击腐蚀磨损性能  56-79
  3.1 实验材料的制备及实验设备  56-62
    3.1.1 低碳高合金钢  56-60
    3.1.2 高锰钢  60-61
    3.1.3 中碳合金钢  61-62
    3.1.4 合金的机械性能  62
  3.2 实验设备  62-63
    3.2.1 冲击实验设备及方法  62-63
    3.2.2 表面分析  63
  3.3 不同实验介质对三种钢的冲击腐蚀磨损性能的影响  63-73
    3.3.1 实验介质  63
    3.3.2 试验方法  63-64
    3.3.3 试验结果与分析  64-73
  3.4 不同冲击功下两种钢的冲击腐蚀磨损性能  73-78
    3.4.1 试验结果与分析  73
    3.4.2 不同冲击功下两种钢的冲击腐蚀磨损机制  73-78
  3.5 总结  78-79
第四章耐磨钢的空蚀行为及机制  79-113
  4.1 空蚀实验设备及实验方法  79-81
    4.1.1 试样准备  79-81
  4.2 实验方法  81-82
  4.3 两种钢在酸性介质中的实验结果  82-94
    4.3.1 空蚀失重及失重率  82-83
    4.3.2 空蚀形貌  83-87
    4.3.3 两种材料空蚀表面形貌曲线及粗糙度变化  87-91
    4.3.4 单相液体介质中金属材料空蚀机制  91-94
  4.4 两种钢在1% NaCl溶液中的实验结果  94-103
    4.4.1 空蚀失重及失重率  94
    4.4.2 空蚀电化学测试  94-97
    4.4.3 空蚀与电化学腐蚀交互作用机理  97-100
    4.4.4 空蚀形貌观察  100-103
  4.5 两种钢在pH为11的NaOH溶液中的空蚀行为  103-111
    4.5.1 空蚀失重及失重率  103-104
    4.5.2 空蚀形貌观察  104-108
    4.5.3 两种材料空蚀表面形貌曲线及粗糙度变  108-111
  4.6 本章小结  111-113
第五章全文总结论  113-116
参考文献  116-127
博士期间发表的论文  127

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