Ce este eroziunea prin cavitare?
Eroziunea prin cavitație este un efect al deteriorării suprafeței și al pierderii de material la suprafață, mai ales în cazul utilajelor hidraulice și al componentelor asociate. Diferențele de presiune din lichidele cu viteză mare pot cauza buzunare de vapori sau gaze, care se prăbușesc brusc pe suprafața materialului din cauza schimbării presiunii în apropierea suprafeței. Aceste bule de gaz care explodează, cunoscute și sub denumirea de microjeturi, cu o energie de impact de câțiva 1000 de bari, pot duce mai devreme sau mai târziu la deteriorarea materialului.
În timp ce rezistența excelentă la coroziune a oțelurilor inoxidabile a dus la aplicarea comercială pe scară largă a acestor materiale, comportamentul tribologic slab, în special rezistența scăzută la uzură abrazivă/adezivă și tendința de frecare, a împiedicat utilizarea acestor materiale în aplicații în care sunt necesare atât rezistența la coroziune, cât și rezistența la uzură. Carburarea la temperatură joasă sau nitrocarburarea oferă o soluție pentru îmbunătățirea proprietăților mecanice fără a altera rezistența la coroziune. Aceste procese de difuzie termochimică formează faze S meta-stabile de carbon sau azot, evitând în același timp precipitarea carburilor și nitrurilor care cauzează sensibilizare. Datorită adăugării unor concentrații mari de atomi de azot și/sau carbon, se formează tensiuni de compresiune ridicate la suprafață. Aceste tensiuni de compresiune, împreună cu ocuparea locurilor interstițiale de către atomii de azot și/sau carbon, determină o creștere a durității superficiale a materialului și îmbunătățirea proprietăților mecanice, de exemplu în S³PKolsterising®.
Care sunt cauzele eroziunii prin cavitare?
Cavitația este cauzată de condițiile fizice și structurale ale lichidelor și este declanșată, de exemplu, de următoarele cauze:
- creșterea vitezei locale cu reducerea presiunii până la formarea bulelor
- creșterea presiunii peste punctul de fierbere al lichidului cu prăbușirea bruscă a bulelor de vapori
- reacții chimice ca urmare a influenței oxigenului la presiune ridicată și temperaturi ridicate
- formarea elementelor cu eroziune electrolitică în apă acidă sau bazică
Ce influențează eroziunea prin cavitare?
- parametrii geometrici (constructivi) (de exemplu, geometria rezistențelor la curgere sau distanța dintre rezistența la curgere și suprafața solidă în pericol)
- parametrii de funcționare (de exemplu, presiunea și vâscozitatea de funcționare sau tipul de fluid sub presiune)
- parametrii specifici materialului (de exemplu, duritatea și microstructura materialului revendicat)
Care este impactul asupra rotoarelor sau carcaselor pompelor din cauza eroziunii prin cavitație?
- rugozitatea peretelui este crescută și, prin urmare, performanța hidraulică este redusă.
- reducerea grosimii peretelui poate merge mână în mână cu rugozitatea și poate reduce capacitatea portantă a materialului peretelui.
- rugozitatea mai mare a suprafeței poate duce la o emisie de zgomot semnificativă.
- pot apărea pierderi drastice de presiune și putere.
- pierderi de venituri, din cauza indisponibilității echipamentelor și a costurilor suplimentare de analiză a defecțiunilor, reparații și înlocuire.
- provocând defecțiuni care conduc la riscuri potențiale de moarte și rănire pentru lucrători și alte persoane.
Exemplu: Diferite tipuri de eroziune prin cavitație
- Cavitația în foi începe la marginea elicei, cauzând un atac staționar pe o suprafață mare.
- Cavitația cu bule constă dintr-un set de bule individuale nestaționare și apare, de obicei, în secțiunea mediană a palei prin curbura excesivă a palei elicei.
Cavitația poate fi prevenită? Are compoziția aliajului un impact asupra rezistenței la eroziune și la cavitare?
Adaptări operaționale:
- creșterea presiunii lichidului
- evitați temperaturile apropiate de punctul de fierbere al fluidului
- etc.
Adaptări geometrice:
- reducerea debitului, deoarece aceasta duce la o reducere a vitezei de curgere și, prin urmare, la o creștere locală a presiunii
- folosiți profile cu lame subțiri
- selectarea unghiurilor mici de atac ale lamelor
- evitarea devierilor bruște ale fluxului
- rotunjirea marginii anterioare
- etc.
Adaptări materiale:
- Utilizarea de materiale aliate care sunt, în general, mai rezistente la abraziune/eroziune pentru a obține o duritate de bază mai mare. Cu toate acestea, alierea elementelor mai dure (de exemplu, Si) este adesea asociată cu o ductilitate redusă.
Alte posibilități: Întărirea suprafeței cu Kolsterising®
Cum poate Kolsterising® să ajute la prevenirea eroziunii cavitare?
În toate formele de cavitare, gradul de îndepărtare a materialului depinde întotdeauna de rezistența suprafeței materialului. Cu cât materialul este mai dur, fără a fi fragil, cu atât este mai rezistent, de aceea alegerea materialelor joacă un rol decisiv. Oțelurile inoxidabile austenitice sau duplex sunt relativ rezistente, dar adesea se aplică acoperiri, de exemplu armuri de stelit, pentru a obține rezistențe și mai mari. Din cauza retușării necesare și a proceselor relativ costisitoare, această metodă este mai degrabă o soluție pentru produsele de nișă.
Low temperature carburizing or nitrocarburizing offers an alternative solution to enhance the cavitation resistance without using expensive coatings while the corrosion resistance is maintained. These thermo-chemical diffusion processes (<500°C) form meta-stable carbon or nitrogen S-phase without forming carbides and nitrides precipitation that causes sensitization. Due to the addition of large concentrations of nitrogen and/or carbon atoms, high compressive stresses are formed at the surface. These compressive stresses along with occupation of the interstitial sites by nitrogen and/or carbon atoms cause an increase in the surface hardness of the material and improved cavitation erosion resistance and other mechanical properties. Particularly due to the high ductility in connection with very high residual compressive stresses, the impact of bladder implosion – typical for cavitation – can be greatly reduced. Thus cavitation erosion is very clearly minimized for many applications and stainless steels materials, or almost completely avoided.
Un alt avantaj al zonelor de difuzie create este faptul că nu se produc desprinderi și delaminare, așa cum se întâmplă în cazul acoperirilor. Acesta este un avantaj decisiv față de acoperirea cu stelit prin pulverizare sau acoperirea ceramică. Temperaturile scăzute ale procesului înseamnă, de asemenea, că nu apar modificări dimensionale în componentele finite și, prin urmare, nu este necesară reprelucrarea. Toate tipurile de acoperiri au, de asemenea, dezavantajul că nu este posibilă tratarea contururilor complexe, deoarece aceste suprafețe nu pot fi acoperite corespunzător. Pentru proceseleS³P , sunt posibile contururi interioare, decupaje și chiar și cele mai mici găuri.