ADI渣浆泵叶片磨损机理的研究.pdf

Vol.28,No.6,2000FLUIDMACHINERY5

试验研究

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ADI渣浆泵叶片磨损机理的研究

清华大学李双寿卢达溶洪亮刘汉伟许洪元

摘要在实验室条件下通过观察ADI渣浆泵叶片磨损的宏观和微观形貌,结合水力学
条件研究分析了ADI叶片的磨蚀机理。
关键词渣浆泵叶片奥贝球铁磨损形貌磨损机理

1引言善,认识也不尽相同。笔者在实验室条件下研究
了ADI渣浆泵叶片的磨损失效机理,探索ADI材
清水泵过流部件的磨损失效形式主要是由气料在渣浆泵过流部件中的应用。
蚀破坏造成,研究者已达成共识。渣浆泵由于传
输介质中固体质点的作用,不仅改变了水力学的2试验条件和方法
动态特性,而且使破坏过程复杂化。此外,影响渣
浆泵磨损的因素不仅有磨料、叶型等水力学条件,211试验材料
过流部件的材料特性也有很大影响,而且这两方ADI材料是经等温淬火工艺得到的球墨铸
面因素还存在着交互作用。新型工程材料奥贝球铁。实验中砂型铸造ADI叶片热处理工艺为:
铁(AusteniteDuctilelron,以下简称ADI)以其优异880℃保温2h达到完全奥氏体化,然后在淬火介

的抗磨性能、经济性和加工性能,不仅成功地用于质(55%KNO3+45%NaNO2)中300℃等温淬火处
制造齿轮、磨球、衬板等抗磨部件[1],在湿磨工况理。ADI叶片的化学成分、叶型参数以及硬度和
下的应用也逐渐受到研究者的关注[2]。但是,抗冲击韧性示于表1,显微组织为球状石墨分布
ADI材料在渣浆泵中的应用报道甚少,主要原因于贝氏体和残余奥氏体基体上(见图1)。
是目前对渣浆泵的磨损失效机理的研究并不完
表1ADI叶片的化学成分、叶型参数、硬度和冲击韧性

化学成分(%)叶型参数力学性能
CSiMoCuNi出口安放角(°)进口安放角(°)过流面积(mm2)硬度(HRC)抗冲击韧性(J/cm2)
3170218001411001828526679501252
212磨损试验24目的石英砂磨粒由储水罐上方加入,管路
实验是在自行设计制作的、可对不同耐磨材中的沙粒体积浓度为518%,每1h更换一次磨料
料叶片进行磨损的试验台(如图2所示)上进行的以稳定磨损条件。用串联闸板阀保持出口管压力
封闭连续型实验。试验机用圆形壳体近似模拟水恒定,用流量计测量并控制整个管路的平均流量
泵的涡室,壳体内壁镶铸高铬铸铁,以抵御长时间为23m3/h。电机转速选择为2880r/min。磨损
沙粒磨损,保持涡室尺寸的稳定;出口管(Á12h后首先观察叶片宏观磨损形貌,然后利用扫
150mm)水平方向与壳体内圆周相切,以便水流能描电镜分析微观磨损形貌。
沿切向流出;进水管(Á36mm)在壳体下方,垂直
向下。3个中片在叶轮上均布。叶轮后盖板采用3试验结果及分析讨论
调质处理的45钢。

X本文研究系清华大学科学研究基金、清华大学科学和摩擦学国家重点实验室基金资助项目
收稿日期:1999—11—18

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流体机械62000年第28卷第6期

311叶片磨损形貌部、叶片中部—尾部压力面和叶片中部—尾部吸
(1)叶片宏观磨损形貌力面,其中尾部吸力面磨损最为严重;

图3叶片宏观磨损示意图
(b)叶片各部位宏观磨损形貌特征不同。头
部磨损表面光滑,中部—尾部压力面出现沿水流
方向的磨损痕迹,中部—尾部吸力面呈现明显的、
图1ADI叶片的显微组织,×800沿水流方向的鱼鳞状磨损痕迹。
(2)叶片微观磨损形貌
ADI叶片微观磨损形貌,如图4～6所示,其
不同部位的微观磨损形貌具有不同特点:
(a)叶片头部大部分区域出现深浅不一的凹
坑,在小的深度不大的凹坑周围有微裂纹存在(图
4)。
(b)叶片中部—尾部压力面磨损划痕方向与
水流方向相同,且划痕相互重叠,划痕两侧及尾部
图2磨损试验机示意图
有少量堆积物;在局部区域有微裂纹出现,在一些
11法兰;21排气阀;31闸板阀;41出口压力表;51出口管;61电机;
微裂纹旁边出现凹坑(图)。
71泵体;81溢水管;91储水罐;101进口压力表;111管路支架5
ADI叶片宏观磨损形貌如图3所示。由图3(c)尾部吸力面出现大量蜂窝状小孔,表面划
痕方向基本一致相对于压力面较浅在局部区域
可以看出:,;
观察到由于表面剥落造成的小凹坑(图)。
(a)磨损主要集中于叶片三个部位,即叶片头6

图4叶片头部区域微观磨损形貌(SEM)
312ADI叶片磨损失效分析为以磨损为主,有的认为气蚀是本质,磨损加剧气
目前,对于渣浆泵的破坏机理基本上可归纳蚀破坏等。这些观点主要以传统耐磨材料