先进变形高温合金的固体颗粒冲蚀磨损的实验分析与数值模拟

摘要

变形高温合金在发动机涡轮盘等领域应用广泛,目前涡轮盘受到低通量、小粒径砂粒的高速冲蚀产生的磨损现象引起人们的大量关注。本研究针对两种变形高温合金材料GH720Li和GH738,采用SiO2颗粒作为冲蚀粒子,通过改变冲击角度及冲蚀速度,研究实验材料的固体颗粒冲蚀磨损特性。冲击角度分别为:30°, 60°, 90°,冲蚀速度分别为:25, 55 m·s-1。同时,通过ANSYS LS-DYNA有限元模拟软件建立冲蚀磨损动态模型,研究在非线性材料模型中,单颗粒冲击靶材表面时,冲击角度、冲蚀速度对其表面的弹塑性行为的影响。通过实验结果与冲蚀FEM (finite element method)模型的综合分析得出,变形高温合金在受冲蚀磨损过程中,其冲蚀磨损量(损伤速率)和磨损表面变形中有效应力变化有关,并且都与冲蚀速度和冲击角度的依赖关系明显,表明在冲击角度和冲蚀速度的配合下的"切削磨损"和"变形磨损"机制与材料表面与次表层变形行为有内在关系。这为涡轮盘材料与结构设计提供基础数据。