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304不锈钢TIG熔覆双相不锈钢和Co合金涂层的耐空蚀性能研究

作　者: 李涛
导　师: 雷玉成
学　校: 江苏大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 空泡腐蚀奥氏体铁素体不锈钢 Co合金 TIG熔覆相变失重率
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

空泡腐蚀是由于液体内部的压力起伏,引起液体蒸汽以及溶于液体中的气体的形核、生长以及溃灭的空化过程所造成的材料损害。长期以来,它严重影响了船用螺旋桨、水轮机叶片等过流部件的性能和使用寿命。为降低空泡腐蚀对机械构件带来的危害,国内外学者和科研人员开发出多种耐空泡腐蚀合金,包括钴基合金和铜基形状记忆合金等。但这些合金成本昂贵,难以推广,为达到较好的经济效益,通过学习研究国内外相关试验成果,本文采用TIG(钨极氩弧焊)焊接工艺,在304不锈钢基体表面堆焊了两种耐空蚀合金,以分别研究它们的耐空蚀性能。试验采用TIG焊接方法在304不锈钢表面分别堆焊了Cr-Ni-Mo奥氏体铁素体不锈钢和新型Co合金,并对部分堆焊后的Co合金再进行TIG表面重熔。本文利用超声振动空蚀试验装置在实验室条件下采用失重法、粗糙度法等测试方法,以及光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和显微硬度等表面分析方法,深入系统的研究了TIG熔覆Cr-Ni-Mo奥氏体铁素体不锈钢及新型Co合金两种耐空蚀合金堆焊层在自来水中的空蚀损伤过程和机理。并且分析了TIG表面重熔Co合金对耐空蚀性能的影响。研究结果表明,Cr-Ni-Mo奥氏体铁素体不锈钢在TIG堆焊时,由于受到散热慢的影响,堆焊层表层形成了晶粒粗大的树枝晶,并且在堆焊层中没有了第二相奥氏体对裂纹的机械屏障作用,加速了空蚀过程,其堆焊层空蚀失重量是Cr-Ni-Mo奥氏体铁素体不锈钢的2倍,Cr-Ni-Mo奥氏体铁素体不锈钢在TIG堆焊后的耐空蚀性能大大降低。新型Co合金的TIG堆焊层和堆焊后的TIG表面重熔层,都形成了以硼化物和Co的金属间化合物为骨架的网状结构,并且经TIG表面重熔后,重熔层的弥散强化作用效果更好,提高了重熔层的力学性能。在空蚀过程中,空泡溃灭产生的持续脉冲诱发了Co合金的TIG堆焊层和重熔层的马氏体相变,马氏体片层的扭曲断裂有效地吸收了空泡溃灭的冲击能量。试验表明,Co合金的TIG堆焊层和TIG表面重熔层都具有优良的耐空蚀性能,且TIG重熔层耐空蚀性能略有提高。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-28
  1.1 概述  11-13
  1.2 空泡腐蚀  13-19
    1.2.1 空泡腐蚀的概念  13
    1.2.2 空泡的形成过程  13-14
    1.2.3 空蚀的分类和危害  14-15
    1.2.4 空泡腐蚀的破坏机制  15-18
    1.2.5 空蚀破坏的特点及影响因素  18-19
  1.3 耐空蚀技术的研究进展  19-26
    1.3.1 耐空蚀技术的研究现状  19-23
    1.3.2 耐空蚀材料的研究进展  23-25
    1.3.3 耐空蚀材料的市场需求  25-26
  1.4 本课题主要研究内容及意义  26-28
    1.4.1 主要研究内容  26-27
    1.4.2 研究意义  27-28
第二章试验内容和方法  28-36
  2.1 试验方案  28-29
  2.2 TIG熔覆试验材料及设备  29-32
    2.2.1 试验材料  29-30
    2.2.2 试验设备  30-31
    2.2.3 空蚀试验  31-32
  2.3 试验样品的制备及检测  32-36
    2.3.1 试验样品的制备  32-33
    2.3.2 组织形貌的观察  33
    2.3.3 硬度测试  33-34
    2.3.4 失重测试及曲线绘制  34
    2.3.5 扫描电镜和XRD测试分析  34-36
第三章 CrNiMo双相不锈钢及堆焊层的空蚀特性  36-49
  3.1 概述  36
  3.2 双相不锈钢及堆焊层耐空蚀性能分析  36-40
    3.2.1 CrNiMo双相不锈钢和TIG堆焊层组织形貌  36-37
    3.2.2 失重量的比较  37-38
    3.2.3 失重率的对比  38-39
    3.2.4 失重率-时间曲线中潜伏期的分析  39-40
  3.3 空蚀破坏过程及机理分析  40-47
    3.3.1 空蚀过程中的微观形貌及数据处理  40-42
    3.3.2 试样空蚀破坏的SEM形貌  42-44
    3.3.3 试样横截面硬度的变化  44-45
    3.3.4 空蚀后表面的粗糙度  45-47
  3.4 小结  47-49
第四章 TIG熔覆新型Co合金涂层的耐空蚀性能  49-63
  4.1 概述  49
  4.2 Co合金TIG堆焊层和重熔层的微观组织  49-53
    4.2.1 空蚀前Co合金TIG堆焊层和重熔层的组织  49-50
    4.2.2 空蚀前Co合金TIG堆焊层与基体的冶金结合  50-52
    4.2.3 空蚀前Co合金TIG重熔层与基体的冶金结合  52-53
  4.3 Co合金TIG堆焊层和重熔层的空蚀破坏过程及机制  53-61
    4.3.1 空蚀过程中的累积失重量  53-54
    4.3.2 空蚀过程中的累积失重率及分析  54-56
    4.3.3 空蚀过程中SEM形貌  56-60
    4.3.4 TIG堆焊层和重熔层横截面显微硬度的变化  60-61
  4.4 小结  61-63
第五章结论和展望  63-65
  5.1 结论  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-69
致谢  69-70
在读硕士学位期间发表的学术论文  70

304不锈钢TIG熔覆双相不锈钢和Co合金涂层的耐空蚀性能研究

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