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第
32
卷第
2
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
l.
32
No.2
2013
一种测定空化水喷丸工艺中冲击压力场分布规律的方法
韩冰张海于晓光巨东英
2
(1.辽宁科技大学机械工程与自动化学院,辽宁
鞍山
114051;
2.
日本埔玉工业大学先端科学研究所,日本
埔玉
369
-0293)
摘
要:空化水喷丸是用于金属材料表面改'性的一项新技术,它依靠自身的技术特点和优势,在金属表面改性技
术领域中引起许多学者的广泛关注。该工艺中的空化行为涉及高速、高压、多相、相变、揣流、非定常特性等复杂多变情
况,对该工艺中的冲击压力场分布规律的求解和测量一直是该领域的难题。使用
FUJIFILM
压敏纸对空化水喷丸工艺中
冲击压力场的分布规律进行实验测定,同时利用
X
射线衍射仪对该工艺诱导残余应力分布规律进行了实验测定,结果表
明利用压敏纸测定空化水喷丸工艺中冲击压力场分布规律的可靠性,同时也表明该工艺可以诱导金属材料的表层形成残
余压应力。
关键词:空化水喷丸;冲击压力场;压敏纸
;X
射线衍射
中图分类号:
TG178
文献标识码
:A
A
method
for
measuring
distribution
of
impact
pressure
field
in
water-jet
cavitation
peening
processing
HAN Bingl , ZHANG
HI
α
i
1
,
YU
Xi
α
o-gu
α
ng
1
,
jU
Dong-yini
(1.
School
of
Mechanical
Engineering
and
Automation
,
Liaoning
University
of
Science
and
Technology
,
Anshan
114051
,
China;
2.
Institute
of
Advanced
Science
,
Saitama
Institute
of
Technology
,
Saitama
369
-0
293
, Japan)
Abstract:
Water-jet cavitation peening is a new technology for surface modification of metallic materials. Extensive
attention from many scholars in the field of metal surface modification technology is received by its own technical features
and advantages.
Th
e cavitation behavior of this processing involves complex
and
changeable physical phenomena,
such
as , high-speed, high pressure, multi-phase , phase transition , turbulence ,
and
unsteady features , Solution
and
measurement of the impact pressure field distribution in this processing are a difficult problem
in
the field. In this study ,
Fujifilm pressure-sensitive
paper
was used to measure the distribution of the impact pressure field in water-jet cavitation
peening processing
, a precise determination
of
the impact pressure field was achieved , and residual stress distributions
induced by water-jet cavitation peening processing were measured with a X-ray
di
旺
ractometer.
Th
e results showed that the
proposed method for measuring distribution of impact pressure field in water-jet cavitation peening processing is reliable
,
and the processing
can
induce the formation
of
residual compressive stress in
the
near-surface of metal materials.
Key
words:
water-jet cavitation
peening;
impact pressure field; pressure-sensitive
paper;
X -ray diffraction
众所周知,在水力机械中出现的含有微小空泡(气
穴现象,
Cavitation)
的混相流,常常会导致零部件表面
严重的气蚀损害,例如气穴现象对泵、阀体、水下涡轮
喷射发动机等的损害。因此,过去的许多研究工作致
力于损害机理的研究
[1
-3]
。然而,另一方面气穴现象
也能产生大量的微小空泡云,单个微小空泡在金属材
料的表面溃灭就能产生高达数
GPa
的冲击波压力,如
果合理控制利用这些微小空泡云也能对材料的表面起
基金项目:辽宁省博士科研启动基金资助项目
(20091035)
;辽宁省教育
厅重点实验室项目(
LS2010085
)
;辽宁省高等学校优秀人才支持计
划项目
(UQ2011025
)
收稿日期:
2011
-04 -13
修改稿收到日期
:2012
-06 -21
第一作者韩冰男,博士,副教授,
1975
年
11
月生
到喷丸效应,并在其表面形成残余压应力层,从而提高
材料的疲劳寿命及耐磨能力,这一表面强化处理新技
术称为空化水喷丸,在国际上被称为(
Water-jet Cavita-
tion
Peening)
WCP
。该技术依靠自身的特点及优势在
国际表面改性技术领域中受到许多学者的广泛关注。
目前的研究结果表明它和其他喷丸技术一样能在金属
零部件的近表形成残余压应力层,进而提高零部件的
疲劳寿命
[4-6]
。
空化现象是流体流动过程中由于局部压力低于饱
和蒸汽压时出现的空泡生成、长大和溃灭现象,当空泡
在贵灭时会产生巨大的冲击波压力,根据理论计算,空泡
愤灭时的瞬时压力为喷嘴压降的
8.
6 -
124
倍
[7]
。
Saitao[8]
曾经测量过在空化数为
σ=4.6
-4.
8
和
Re
=