Спосіб знаходження відносної кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів гребних гвинтів у морській воді

Реферат: Спосіб знаходження відносної кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів гребних гвинтів у морській воді за даними їх випробувань в прісній воді включає проведення лабораторних досліджень зразків на установці з магнітострикційним вібратором з ультразвуковим генератором моделі УЗДН. UA 71992 U (54) СПОСІБ ЗНАХОДЖЕННЯ ВІДНОСНОЇ КАВІТАЦІЙНО-ЕРОЗІЙНОЇ ЗНОСОСТІЙКОСТІ МАТЕРІАЛІВ ГРЕБНИХ ГВИНТІВ У МОРСЬКІЙ ВОДІ UA 71992 U UA 71992 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до галузі машинобудування, зокрема до суднобудування і може бути використана для знаходження кавітаційно-ерозійної зносостійкості металів і сплавів для виготовлення гребних гвинтів при роботі в морській воді за даними випробування в прісній воді. Найбільш поширеним на сьогоднішній день є метод випробування кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів на установках з магнітострикційним вібратором (МСВ), який покладено в основу стандартів знаходження гідроерозійної та кавітаційної стійкості металів в США, Чехії. Установки з МСВ відрізняються компактністю, малою енергоємністю, високою відтворюваністю результатів досліджень. Ці установки дозволяють проводити електрохімічні вимірювання, оцінювати роль корозійного фактора руйнування при кавітаційно-ерозійному зношуванні металів залежно від виду середовища, параметрів мікроударного навантаження, фізико-механічних та електрохімічних характеристик металів у заданому середовищі. Більшість досліджень кавітаційно-ерозійної зносостійкості металів виконані в прісній воді. Завданням розробленого способу є знаходження кавітаційно-ерозійної зносостійкості металів, які широко використовуються для виготовлення гребних гвинтів морських суден за наявними даними їх зносостійкості в прісній воді. В основу корисної моделі поставлена задача, яка вирішується на базі узагальнення експериментальних досліджень впливу корозійної складової кавітаційно-ерозійного руйнування поверхонь металів та сплавів в корозійно-активних середовищах. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб знаходження відносної кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів гребних гвинтів у морській воді за даними їх випробувань в прісній воді, який включає проведення лабораторних досліджень на установці з магнітострикційним вібратором (МСВ) з ультразвуковим генератором УЗДН, згідно з запропонованим способом, в 2 лабораторну установку встановлюють зразки діаметром 11,3 мм (площа 1 см ) і піддають кавітаційно-ерозійному руйнуванню під дією мікроударного навантаження, при цьому встановлено закономірності втрати об'єму (маси) в морський воді в 1,85 разу більше за втрати в прісній воді  Vмоp=1,85Vпpіc (Gмop=1,85Gпpіc), а коефіцієнти відносної кавітаційної стійкості матеріалів порівняно з прийнятим еталоном не міняються k Vмор=kVпріс (kGмор=kGпріс) розрахункові об'ємні або масові втрати досліджуваного матеріалу в морській воді знаходять за формулами: мор мор пріс Vір  Vem / k V іпріс  1,85Vеm / k V іпріс ; Gмор  Gмор / k G іпріс  1,85Gпріс / k G іпріс , em еm ір мор пріс де Vem , Gмор - об'ємні або масові втрати еталона в морській воді; Vеm , Gпріс - теж в em еm 35 40 45 50 55 пріс прісній воді; k V іпріс  Vеm / Viпріс , k G іпріс  Gпріс / Gпріс - коефіцієнти відносної кавітаційної еm i зносостійкості в прісній воді, як еталон вибрано сталь марки 25Л і армко-залізо, які найбільш точно забезпечують рівність відносних коефіцієнтів кавітаційної стійкості матеріалів в прісній і морській воді kVмор=kVпріс. На фігурах представлено: Фіг. 1 - Відношення об'ємних втрат при випробуваннях на МСВ в прісній і синтетичній (3 %ий розчин хлориду натрію) морській воді: 1-ВТ-10; 2-12 × 18Н10Т; 3-сталь 45;4-Д16Т; 5-армкозалізо. Фіг. 2 - Коефіцієнт відносної зносостійкості при випробуваннях на МСВ в прісній і синтетичній морській воді: 1-ВТ1-0; 2-12 × 18Н10Т; 3-сталь 45;4-Д16Т; 5-армко-залізо; 6-сталь25Л; 7-10 × 18Н9Т; 8-30 × 10Г10; 9-25 × 14Г8Т. Дослідження закономірностей кавітаційно-ерозійного руйнування поверхонь в корозійноактивних середовищах на установці з МСВ показали, що за відомими втратами від корозії в процесі кавітації можна знайти загальні втрати від кавітації [1]. Крім того, в 3 %-му розчині хлориду натрію об'ємні (масові) втрати, порівняно з прісною водою збільшуються приблизно в 1,85 разу (фіг. 1). Враховуючи, що 3 %-ий розчин хлориду натрію моделює морську воду можна рахувати Vмор=1,85Vпpic При цьому коефіцієнти відносної кавітаційної стійкості матеріалів порівняно з еталонами (сталь марки 25Л і армко-залізо) не міняються (фіг. 2). kVмор=kVпріс Отримані співвідношення дозволяють знайти об'ємні або масові втрати досліджуваного матеріалу в морській воді Vмор (Gмор), якщо відома його відносна кавітаційна зносостійкість порівняно з еталонами в прісній воді kVпрic, а також загальні втрати об'єму (маси) еталонного матеріалу в прісній або морській воді (3 %-вий розчин хлориду натрію), тобто: 1 UA 71992 U мор пріс Vімор  Vem / k V пріс  1,85Vеm / k V пріс . 5 Для підтвердження можливості використання запропонованого способу знаходження кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів в табл. 1 приведені результати експериментальних втрат мас в прісній і морській воді, а також знайдені запропонованим способом втрати маси в морській воді за даними втрат маси в прісній воді Gмор  1,85Gпріс . ip iе кс   Таблиця 1 Втрати маси при випробуваннях на установці з МСВ в прісній і синтетичній морській воді: Gпріс , екс Gмор - експериментальні втрати в прісній і морській воді та Gмор - розрахункові втрати в р екс морській воді Втрати маси металів G, мг/см год. 2 Середовище Прісна Морська вода, Gмор екс Морська вода, Gмор р Сталь 45 Д16Т ВТ1-0 ВТ9 ВТ3-1 12 × 18Н10Т 16,5 7,6 5,6 1,9 0,3 0,21 3,05 30,15 13,8 11,75 3,1 0,52 0,4 5,75 30,5 14,06 10,36 3,3 0,55 0,39 5,6 1,2 вода, Gпріс екс Армкозалізо 1,2 1,2 6,5 5,8 2,5 2,6 , % 10 15 20 25 Аналіз даних таблиці 1 показує, що похибка між експериментальними і розрахунковими за даним способом результатами втрат маси знаходиться в межах 1,2-6,5 %, що є цілком допустимим для випробувань на кавітаційну зносостійкість. Аналогічні дані (об'ємні втрати) приведені на фіг. 1 і 2. Приклад використання способу: У таблиці 2 приведені порівнювальні дані кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів, які застосовуються для виготовлення судових гребних гвинтів, отриманих при випробуваннях протягом трьох годин, де в лабораторну установку встановлювались зразки діаметром 11,3 мм 2 (площа 1 см ) і підлягали кавітаційно-ерозійному руйнуванню під дією мікроударного навантаження зразків у морській синтетичній воді при частоті коливань вібратора 8 кГц, 2 амплітуді 66 мкм і температурі 20 °C, що відповідає густині енергії випромінювання 208 кВт/м . Як еталон взято сталь марки 25Л, втрати маси якої в прісній воді становлять Gмор  116 мг / см2 . , 25 Л Так, для сталі 0 × 16Н4Г9АДФ(Т) втрати маси в морській воді знайдені за розробленим способом становлять Gмор  1,85  Gпріс / kпріс Л  1,85  116 / 118  1,82 мг / год , а експериментальне , , р 25 Л G25 значення становить Gмор  1,85 мг / год . Для сталі 10 × 18Н9Т Gмор  1,85  116 / 3,7  5,8 мг / год . , р екс Згідно з таблицею 1 експериментально знайдені втрати маси для аналогічної сталі 12 × 18Н10Т в морській воді Gмор  5,75 мг / год . Отримані результати є досить близькими між собою. екс Таким чином, розроблений спосіб дає змогу за результатами значень кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів в прісній воді оцінювати їх зносостійкість в морській воді. Таблиця 2 Кавітаційно-ерозійна зносостійкість сталей і сплавів кольорових металів (за втратами маси) в прісній воді, які використовуються для виготовлення судових гребних гвинтів Матеріал 0 × 16Н4Г9АДФ(Т) 0 × 16Н4Т9АДФ(П) Бр.АЖН9-4-4 Бр.АЖН9-4-3 k пріс Л G25 Матеріал ЛАМцЖ67-5-2-2 10 × 18Н9Т 10 × 14НД 20ХГНДЛ 11,8 11,5 6,3 5,3 2 k пріс Л G25 3,7 3,7 1,8 1,6 UA 71992 U Продовження таблиці 2 Матеріал 0 × 17НЗГ4Д2Т Бр.АМхЖН8-11-3-2 5 k пріс Л G25 Матеріал ЛМцЖ55-3-1 25Л(еталон) 4,7 4,2 k пріс Л G25 1,3 1,0 Джерела інформації: 1. Стечишин М.С. Закономерности кавитационно-эрозионного изнашивания металлов в коррозионных средах / М.С. Стечишин, А.И Некоз, Л.И. Погодаєв, А.С. Протопопов // Трение и износ.-1990. - Т. 11. - № 3. - С. 454-463. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб знаходження відносної кавітаційно-ерозійної зносостійкості матеріалів гребних гвинтів у морській воді за даними їх випробувань в прісній воді, який включає проведення лабораторних досліджень на установці з магнітострикційним вібратором з ультразвуковим генератором моделі УЗДН, який відрізняється тим, що в лабораторну установку встановлюють зразки діаметром 2 11,3 мм (площа 1 см ) і піддають кавітаційно-ерозійному руйнуванню під дією мікроударного навантаження, при цьому встановлено закономірності втрати об'єму (маси) в морський воді в 1,85 разу більше за втрати в прісній воді Vмор  1,85Vпріс ( Gмор  1,85Gпріс ), а коефіцієнти відносної кавітаційної стійкості матеріалів порівняно з прийнятим еталоном не міняються k Vм ор  k Vп ріс ( k Gм ор  k Gпріс ) розрахункові об'ємні або масові втрати досліджуваного 20 матеріалу в морській воді знаходять за формулами: мор мор пріс Vір  Vem / k V іпріс  1,85Vеm / k V іпріс ; Gмор  Gмор / k G іпріс  1,85Gпріс / k G іпріс , em еm ір мор пріс де Vem , Gмор - об'ємні або масові втрати еталона в морській воді; Vеm , Gпріс - теж в em еm пріс прісній воді; k V іпріс  Vеm / Viпріс , k G іпріс  Gпріс / Gпріс - коефіцієнти відносної кавітаційної еm i 25 зносостійкості в прісній воді. 2. Спосіб згідно з п. 1, який відрізняється тим, що як еталон вибрано сталь марки 25Л і армкозалізо, які найбільш точно забезпечують рівність відносних коефіцієнтів кавітаційної стійкості матеріалів в прісній і морській воді k Vм ор  k Vпріс . 3 UA 71992 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4