磨损作为材料失效的主要形式，大约有50%的设备损坏是由于磨粒磨损所致[1].在矿山、港口、建筑工地等场所，机械设备的工作对象大多为含砂水流或含颗粒的流体.磨粒磨损的发生与设备材料的特性和设备的工况条件是紧密相连的.不同的工作环境下，对应的磨粒磨损机理，磨损特性也有所不同.由于水为介质，设备磨损的机理很复杂，这给研究带来了一定困难[2].若以实际作业设备进行研究，成本高，也不具有普遍性[3-5].水流冲磨属于固液两相流体的磨粒磨损，关于水流冲磨理论的研究成果较少，本试验利用自主研制的实验机，探索了相对磨损角度对过流部件磨损的影响规律.

1 试验部分

1.1 试验设备

图1为“闭式侧体旋转型”浆料磨粒磨损试验机的结构示意图.其主要结构由三大部分组成：(1)智能控制台——精准设置并控制运转速度、时间以及各项安全反馈机制操作，以确保试验机安全有效地运行；(2)一体式电机减速机；(3)试验机主体系统.将过流部件试样加工出一定倾斜角度，装入容器侧壁，叶片旋转时使浆液旋流冲刷试样.试验时，试样位置如图2所示.分别对不同倾角的试样进行试验，以研究相对冲磨角度对过流部件磨损的影响规律[3].

图1 试验设备示意图 Fig.1 Schematic experimental equipment diagram

图2 试验机主体系统 Fig.2 Test subject system

1.2 试验方法

1.2.1 试料硬度及加工

试验前对低速环流砂粒设备中不同部位过流部件材料的表面硬度进行测试.分别选取C钢Q235、合金钢40Cr、铝合金ZL102作为试验机管路、轴杆以及基座和外壳的材料[6-8].对3种材料表面硬度的测试结果列于表1.

表1 材料的表面硬度值

Table 1 The surface hardness of the different materials

测量次数C钢Q235HV0.1合金钢40Cr HV0.1ZL102 HV0.11112.5245.680.32111.3257.575.63112.1243.185.1均值112.0248.780.3

将以上3种材料分别按相对底面斜度为0°，15°，30°，45°，60°，90°进行加工，加工后对其表面进行清洗、烘干，备用.

1.2.2 试验步骤

基于随机多层相位屏仿真方法，数值研究了贝塞尔高斯涡旋光束在各向异性湍流大气中的强度分布、在轴闪烁指数和质心抖动.如没有特殊申明，参数设置为：贝塞尔高斯涡旋光束拓扑荷l=3，波形参数p=10，光束宽度w0=0.07 m，波长λ=1 550 nm，传输距离功率谱指数α=11/3，湍流内尺度l0=0.01 m，湍流外尺度L0=10 m，湍流各向异性参数分别设置为ξx=5，ξy=1.相位屏尺寸Dx=Dy=1.706 5 m，网格数Nx=Ny=512，每层相位屏间距Δz=50 m.结果中每一个相位屏仿真得到的数据点均由500组数据统计取平均得到.

将清洗、烘干的试样进行编号、称重后，装入试验机一端，然后将一定粒径的含砂量100 g/L的浆料加入试验机内.将变频器调至50HZ(试验机内相对运行速度为2.0 m/s)，设计每天工作8 h，每隔6天对过流部件试样进行称量，并计算磨损量.

1.3 试验数据处理

为了判断含砂粒水流对过流部件的磨损程度和不同材料的抗磨损性能，在砂粒磨损试验中，常采用“磨损强度”来表征砂粒磨损[9-11].质量磨损强度Qm定义为单位时间48 h内，材料单位表面积被磨损的质量，如式(1).

Qm=△m/S.

(1)

在浆料含砂量100 g/L、相对运行速度2.0 m/s、砂粒粒径0.5 mm的试验条件下，相对冲磨角度对Q235，40Cr，ZL102三种材料的质量磨损强度Qm与体积磨损强度Qv的影响如图3和图4所示.由图3可知，相对冲磨角度对三种材料质量磨损强度的影响规律基本相同.随相对冲磨角度的增大，质量磨损强度增加到某一峰值后缓慢下降.材料Q235的最大质量磨损强度出现在30°附近，40Cr的最大质量磨损强度出现在45°附近，ZL102的最大质量磨损强度出现在15°附近.3种材料磨损后，Q235质量损失高于其他两者.由图4可知，随相对冲磨角度的增大，体积磨损强度增加到某一峰值后缓慢下降.材料Q235的最大体积磨损强度出现在30°附近，40Cr的最大体积磨损强度出现在45°附近，ZL102的最大磨损强度出现在15°附近.3种材料磨损后，ZL102的体积损失最为严重.

典型脆性材料不接受塑性变形，无切削磨损，其磨损量是由材料反复变形和碎裂构成的，对应图6特性曲线Ⅰ.典型弹性材料未能达到使其破裂的临界值时，无变形磨损，对应图6特性曲线Ⅱ.

表2 试样密度

Table 2 The samples density

试样材料密度ρ/(mg·mm-3)Q2357.8540Cr7.85ZL1022.66

根据自定义的判断数据——质量与体积磨损强度，主要对不同工况条件下过流部件材质的试验数据进行纵向对比研究[12-14].

可以结合逆向选择和道德风险，研究委托代理关系。其中的两方：委托人和代理人。因为信息不对称，前者不能完整的了解掌握后者的信息，一旦某些不合格的代理人通过审查，也将给委托人带来损失。接着分析道德风险，信息劣势方只能观察到行动表面信息。隐藏在行动中的一些信息没有得到充分展示，提升了信息劣势方收益遭到破坏的机会。

(2)磨损为纯切削磨损(图6曲线Ⅱ)：砂粒冲磨动能的垂直分量确定其压入试样表面的深度，其水平分量完成切削运动，最终造成体积微损失.在α=0°或α=90°时(不计砂粒自转)材料无切削磨损.α=0°时砂粒不能压入材料表面，α=90°时砂粒不能水平切削运动.在0°～90°之间的某一角度αmax有最大磨损量.

2 试验结果与讨论

2.1 相对冲磨角度对磨损强度的影响

式(1)中△m——试样质量损失；S——试样过流表面积.

图3 相对冲磨角度对质量磨损强度的影响 Fig.3 Relationship between the relative impact angle and the mass wear strength

图4 相对冲磨角度对体积磨损强度的影响 Fig.4 Relationship between the relative impact angle and the volume wear strength

2.2 相对冲磨角度对磨损形式的影响

砂粒冲磨材料表面时，砂粒的速度方向与材料表面之间的夹角为相对磨损角度α.图5为砂粒冲磨试样表面的示意图(忽略砂粒可能因自转带来的影响).

图5 砂粒冲磨试样表面的示意图 Fig. 5 The schematic diagram of sand abrasion the surface of the sample

(1)磨损为纯变形磨损(图6曲线Ⅰ)：砂粒冲磨动能的垂直分量决定材料的磨损量.在小角度范围内(α=0°～α0°)砂粒垂直分量不足以使材料产生变形磨损.随α增大，其垂直动能分量增加，磨损强度增加.在α=90°时产生的磨损量最大.

对于表面被具有一定速度v(冲磨动能)的砂粒所造成的磨损，可以分为下列两种情况进行讨论，详见图6.

Moreover, locals notice that, the abnormal behavior of some animals can also forecast the change of weather. Just as proverbs go:

图6 相对冲磨角度-磨损特性曲线 Fig.6 Relative grinding angle and wear characteristic curve

为了比较不同密度材料的磨损强度，需同时比较单位面积材料被磨损的体积.因为有些低密度材料的质量损失小而其体积磨损特别大，体积损失大，其磨损强度同样不好.设备部件尺寸的变化对其工作性能的影响要比其质量变化大很多.因此，采用体积损失计算更合理.但考虑实际情况中，破坏痕迹是不均匀的，体积磨损难于测量，在质量磨损强度Qm的基础上定义体积磨损强度Qv= Qm /ρ，ρ为试样密度，单位mm.即由理论公式推算可知，体积磨损强度Qv的物理意义为单位面积内试样的平均磨损深度.

一般金属材料的特性介于脆性材料与弹性材料之间，均属于韧性材料.故实际试样在磨损过程中，均包含切削与变形磨损两个部分，其相对冲磨角度-磨损特性如图6中曲线Ⅲ所示.ZL102硬度低而软，因此其相对冲磨角度-磨损特性曲线更接近典型的柔性材料，大约在αmax为15°左右有最大磨损量.随相对冲磨角度增大，磨损量减轻.在三种材料中40Cr试样的表面硬度最大，αmax为45°左右，脆性倾向最明显.而普通碳钢Q235介于两者之间，其特性曲线的峰值约在 20°～40°之间.对三种试样材料在相对冲磨角度0°～90°范围，出现最大磨损量所对应的角度随材料硬度(脆性)增大而增大.

3 结 论

(1)随相对冲磨角度的增大，Q235、40Cr和ZL102三种材料的质量磨损强度和体积磨损强度增加到某一峰值后缓慢下降，其最大质量磨损强度和体积磨损强度分别出现在30°，45°和15°附近.

实验现象：在pH4.4的酸雨侵袭下，洋葱鳞片叶外表皮细胞紫色迅速褪去，用红墨水染色后，细胞核着上红色。在pH5.0的酸雨侵袭下，洋葱鳞片叶外表皮细胞紫色缓慢褪去，用红墨水染色后，细胞核未着上红色。

(2)金属材料的特性介于脆性材料与弹性材料之间，在磨损过程中均包含切削与变形磨损两个部分.在相对冲磨角度0°～90°范围，出现最大磨损量对应的角度随材料硬度(脆性)增大而增大.

不同程序中权利要求保护范围理解和解释的基本规则............................................................................................刘 鹏 12.41

(3)用Q235材料制备的过流部件应避免出现20°～40°弯角，并应根据使用年限相应加厚管路壁厚；用40Cr材料制备的过流部件可在设备中做关键零部件，如精度要求高的轴件等，需设计成与浆液低角度冲磨，以降低磨损量；ZL102材料的密度小、质量轻可作为设备外壳，轻巧耐用，其表面易自然产生一层致密牢固的氧化膜，能很好地保护设备不受腐蚀，并应避免小角度冲磨切削.

草儿的心里怀了春以后，终于敢走向牧儿，和牧儿打招呼，和牧儿说话了。那声音极为害羞，两个人的对话也富有了韵味。

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