Разрушение и эрозия материалов в высокоскоростных потоках

Эрозионное воздействие является динамическим процессом, так как характерное время контакта частицы с поверхностью образца является очень малой величиной, связанной со временем прохода упругой волны по частице. Экстремально быстрое и интенсивное импульсное воздействие на поверхность делает непригодным анализ этого процесса на основе традиционных квазистатических параметров прочности, таких, например, как предельное напряжение разрыва или вязкость разрушения материала. Повреждение поверхностей происходит при обтекании изделий потоком твердых, жидких и газообразных частиц, или при электрических разрядах. Вследствие ударов о поверхность мельчайшие частицы потока разрушают его поверхностный слой.

Рис.1 (a) – Схема экспериментальной эрозионной установки аэродинамического типа. 1 — компрессорная камера; 2 — разгонный участок; 3 — дозатор твердой фазы; 4 — пневматический привод для ввода образца; 5 — образец; 6, (b) — рабочая камера.

Повышение устойчивости поверхностей к эрозионному воздействию невозможно без экспериментального и теоретического изучения их динамических прочностных свойств.

Представленная эрозионная установка позволяет проводить испытания образцов в двухфазном потоке «газ-абразивные частицы» на скоростях от 40 до 300 m/s и выше. Экспериментальная схема позволяет также варьировать концентрацию твердой фракции в потоке и длительность экспозиции.

Результатами эксперимента являются данные по уносу массы, изменении шероховатости поверхности, микроструктурного анализа образца, а также определенные по этим данным пороговые характеристики процесса.


Рис.2. Компрессор первой ступени вертолетного двигателя (PZL-10W). (a), лопатка (b) and образец по завершению эрозионного теста (c).