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压缩应力对船用螺旋桨材料空蚀行为的影响研究
| 论文题名： | 压缩应力对船用螺旋桨材料空蚀行为的影响研究 |
| 关键词： | 螺旋桨;镍铝青铜合金;不锈钢;空泡腐蚀;压缩应力;微观形貌 |
| 摘要： | 随着海洋资源的勘探、开发和利用，对海洋舰船的长寿命、高稳定服役性能提出了更高要求。作为船舶主要动力部件的螺旋桨，在海洋环境服役过程中，往往面临着空泡腐蚀破坏的突出问题。然而，现有针对螺旋桨空蚀的报道主要是基于材料在空载状态下的空蚀行为研究，而忽略了螺旋桨服役过程中所受外加载荷的影响。通过调研发现，螺旋桨高速旋转时会受到平行于桨叶方向的拉、压应力。由于拉伸应力会导致腐蚀的加速，进而促进空蚀破坏，而压缩应力对材料空蚀行为的作用尚不明确。因此，研究压缩应力对螺旋桨材料的空蚀行为影响具有重要的现实意义。 本文选取船用螺旋桨的典型材料——镍铝青铜合金（Nickel-aluminumbronze）和304不锈钢（304stainlesssteel）作为研究对象，对其施加不同的压缩应力，开展了压缩应力对材料空泡腐蚀行为的影响研究。首先，通过空蚀失重变化评价压缩应力对材料耐空蚀性能的影响；然后，采用微观形貌观察与电化学分析技术，对材料的空蚀形貌与腐蚀电化学进行研究；最后，利用协同效应的定量分析，确定压缩应力对不同空蚀失重组分的影响，提出了压缩应力对不同螺旋桨材料空蚀行为的影响机制。主要结论如下所示： （1）压缩应力会降低镍铝青铜合金的空蚀抗力，空蚀质量损失随着压缩应力的增加而增加。经过8h空泡腐蚀后，施加120MPa压缩应力的镍铝青铜试样质量损失约为无应力试样的1.74倍。压缩应力会提高304不锈钢的空蚀抗力，空蚀失重随压缩应力的增加而减小。施加120MPa压缩应力的304不锈钢试样在空蚀8h后失重比未加载应力的试样减少了56.6％。 （2）对镍铝青铜来讲，施加压缩应力会加速与κ相邻的α相的破坏并导致共析组织“α+κiii”处形成大的空蚀孔洞。而对304不锈钢来讲，压缩应力的存在会改变304不锈钢的空蚀损伤形态，即从无应力试样表面的颗粒状剥落转变为沿晶断裂和粒状剥落共存的形貌。 （3）压缩应力导致镍铝青铜合金晶格畸变，会加速α相的选择性腐蚀，增大表面粗糙度，影响合金表面气压变化，有利于空泡形核，加重空蚀破坏。在304不锈钢上施加压缩应力，会增加由电化学腐蚀作用造成的空位数量，阻碍位错运动，造成位错纠缠和反应，为马氏体形核提供有利位点，在同样的空蚀冲击作用下，能够吸收更多的能量，降低空蚀冲击对304不锈钢的损伤。 |
| 作者： | 李雪寒 |
| 专业： | 材料科学与工程 |
| 导师： | 秦真波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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