Wpływ obciążenia kawitacyjnego na niszczenie miedzi

• Autorzy: Krella A.

Warianty tytułu

EN

Influence of cavitation load on copper damage

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań erozyjnych miedzi M1E poddanej działaniu kawitacji o różnej intensywności na stanowisku z szczelinowym wzbudnikiem kawitacji (rys. 1) do badań kawitacji przepływowej. Zaprezentowano sposób wyznaczenia intensywności kawitacji na podstawie zarejestrowanych impulsów, a także przedstawiono wpływ intensywności kawitacji na szybkość erozji i degradację materiału. Zmierzono impulsy kawitacyjne w różnych strefach obłoku kawitacyjnego i przy różnych warunkach przepływowych. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem odległości od górnego wzbudnika kawitacji maleje liczba impulsów wysokoamplitudowych (rys. 2). W odległości około 40 mm od górnego wzbudnika zarejestrowano tylko impulsy niskoamplitudowe o amplitudzie nie przekraczającej 2 MPa. Następnie korzystając ze wzoru (2) wyznaczono gęstość strumienia energii, którą interpretowano jako intensywność kawitacji. Otrzymane wartości intensywności kawitacji w poszczególnych strefach obłoku kawitacyjnego przedstawiono w tab. 2. Przeprowadzono testy kawitacyjne miedzi M1E. Stwierdzono, że wielkość ubytków materiału jest zależna od intensywności kawitacji J (rys. 3), podobnie jak szybkość erozji (rys.4). Powyżej wartości około 7=10 mW/m2 następowała przyspieszona degradacja materiału, natomiast poniżej ubytki masy i szybkości erozji były porównywalne. Zauważono, że średnia głębokość wnikania erozji jest funkcją wykładniczą intensywności kawitacji (rys. 5). Erozja miedzi M1E rozpoczyna się od uruchomienia najpierw systemów łatwego poślizgu, a następnie pozostałych systemów poślizgu powodując powstanie przecinających się pasm poślizgu. Dalsze dostarczanie energii od implodujących pęcherzyków w pobliżu materiału prowadzi do odkształceń plastycznych eksponowanej powierzchni, generowania mikropęknięć a następnie ich rozwoju i ostatecznie do odrywania się mocno odkształconych fragmentów warstwy wierzchniej.

EN

Results of erosion tests of M1E copper subjected to cavitation of various intensity in a cavitation tunnel with slot cavitator used for flow cavitation investigations are presented (Fig. 1). A method of determining cavitation intensity basing on the recorded pulses, and the influence of cavitation intensity on erosion rate and material degradation are discussed. First, cavitation pulses in different zones of cavitation impingement and under various flow conditions were measured. A decrease of the number of high-pressure cavitation pulses with rising distance from the upper barricade has been stated (Fig. 2). At 40 mm distance from the upper barricade only low-pressure pulses of amplitude lower than 2 MPa have been identified. Then, the energy flux density J, interpreted later on as cavitation intensity, was determined by means of formula (2). The values of cavitation intensity in different zones of cavitation impingement are shown in table 2. Next, cavitation tests of M1E copper were carried out. The mass loss and erosion rate have been found to correlate well with cavitation intensity J (Fig. 3, 4). At cavitation intensity exceeding the value of J=10 mW/m2 the accelerated degradation of material has been stated; whereas comparable mass loss and erosion rate were have been attained at lower intensities. It can be seen that the mean depth of erosion penetration is an exponential function of cavitation intensity (Fig. 5). Erosion of copper starts from activating the easy slip systems. Then the other slip systems are activated causing the rise of crossing slip bands. Further delivery of energy from the imploding bubbles to the material leads to plastic deformation the exposed surface, generation and development of microcracks, and finally, to detachment of the substantially deformed fragments of the surface layer.

Słowa kluczowe

PL

kawitacja; erozja; miedź; pasma poślizgu; krzywe erozyjne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 2
• Strony: 73--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Krella A.

• Instytut Maszyn Przepływowych Polskiej Akademii Nauk, Gdańsk

Bibliografia

• [1] Krella A.: Badania wpływu czynników mechanicznych i strukturalnych na erozje kawitacyjną wybranych materiałów. Praca doktorska IMP PAN, Gdańsk 2003
• [2] Soyama H., Kumano H., Saka M.: A new parameter to predict cavitation erosion. Presented at CAV 2001: Four International Symposium on Cavitation, California Institute of Technology, Pasadena CA USA, June 20-23 2001
• [3] Wade E. H. R., Preece C. M.: Cavitation erosion of iron and Steel. Metallurgical Trans. A, Vol. 9A 1978, 1299-1310
• [4] Richman R. H., McNaughton W. P.: Correlation of cavitation erosion behavior with mechanical properties of metals. Wear 140, 1990, 63-82
• [5] Feller H. G., Kharrazi Y.: Cavitation erosion of metals and alloys. Wear, 93, 1984, 249-260
• [6] Prowans S.: Struktura stopów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000
• [7] Knapp R. T.: Resent Investigations of the mechanics of cavitation and cavitation damage. Trans, of the ASME, Vol. 77, No. 7, 1955, 1045-1054
• [8] Thiruvengadam A. P.: The concept of erosion strength, ASTM No. 408, Atlantic City 1966, 22-35
• [9] Steller K.: O natężeniu kawitacji i przewidywaniu erozji kawitacyjnej. Zeszyty Naukowe IMP PAN 91/991/80
• [10] Kirejczyk J.: Diagnostyka kawitacji w pompach diagonalnych, Praca doktorska IMP PAN, Gdańsk 1980
• [11] Krella A.: Wpływ zmiany parametrów ruchowych tunelu kawitacyjnego na zmianę szybkości erozji kawitacyjnej stopu aluminium PA2. Międzynarodowa konferencja naukowo-techniczna HYDROFORUM, Czorsztyn, 18-20.10.2000
• [12] Krella A., Zieliński A., Jezierska E.: Incubation period in cavitation erosion of the aluminum-magnesium alloy PA2. XVI th Physical Metallurgy and Materials Science Conference on Advanced Materials & Technologies AMT'2001, Gdańsk-Jurata 16-20 09.2001, 490-493
• [13] Krella A., Zieliński A., Glowacka M.: Influence of cavitation intensity on erosion and microstructure of the X6CrNiTil8-10 stainless Steel in fresh water. Second International Conference EDEM 2003, Bordeaux, June 29th-July 2nd , PC7
• [14] Fortes-Patella R. F., Rebound J. L.: A new approach to evaluate the cavitation erosion power. J. of Fluids Eng. Vol. 120, 1998, 335-344
• [15] Fortes-Patella R. F., Challier G., Rebound J. L., Archer A.: Cavitation erosion mechanism: numerical simulations of the interaction between pressure waves and solid boundaries. Presented at CAV 2001: Fourth International Symposium on Cavitation, California Institute of Technology, Pasadena, CA USA. June 20-23, 2001
• [16] Kato H.: Recent advances and future proposal on cavitation erosion research, International STG/HSYA Symposium on Propulsors and Cavitation, Hamburg, June 1992, 224-233
• [17] Hucińska J., Głowacka M.: Cavitation erosion of copper and copper based alloys, Metallurgical and Materials Transactions A 32A (2001) 1325-1333