3.7. Кавитационностойкие материалы

Причиной износа при кавитации является многократная микродеформация отдельных участков поверхности под действием микроударов жидкости при захлопывании пузырьков (см. «Кавитационное разрушение»). Разрушение металла наступает вследствие усталости, а также хрупкого или вязкого отделения частиц металла с поверхности. Главным направлением в борьбе с кавитацией является повышение сопротивления деформации поверхностных слоев металла. Для этого применяют химико-термическую обработку, закалку с нагревом ТВЧ, наплавку твердыми сплавами, а также объемное легирование. Кавитационная износостойкость возрастает с изменением структуры стали и чугунов таким образом: Ф (Ф+П)  Б  М, причем стойкость мартенситной структуры повышается с возрастанием содержания углерода в стали до 0,4 % (при большем количестве углерода износостойкость не изменяется). Мартенсит считается наиболее благоприятной структурой не только для кавитационностойких сталей, но и для медных и титановых сплавов, используемых в условиях кавитации.

Получение мартенситной структуры с высокой кавитационной стойкостью реализуют двумя способами: 1) использованием хромо-марганцевых сталей с нестабильной аустенитной структурой, склонной к интенсивному упрочнению за счет образования мартенсита деформации при кавитации; 2) получением безуглеродистого мартенсита с последующим упрочняющим старением.

Первый способ предусматривает использование сталей 25Х14Г8Т, 25Х14Г12 и т.п., среди которых своей высокой стойкостью выделяется сталь 30Х10Г10 (табл.3.7).

Таблица 3.7 - Механические свойства и кавитационная стойкость сталей, применяемых в гидротурбиностроении [9].

Сталь	0,2	в	, %	Потеря массы за 6 часов испытаний,
	Н/мм2			мг
30Л	225	400	25	1456
20Х13	400	600	20	870
17Х18Н9	210	570	40	890
30Х10Г10	400	700	16	15

Второй вариант реализуется применением мартенситно-стареющих сталей с низким содержанием углерода (0,03-0,05%) и высокой концентрацией Ni, Cr, Mo, Ti, Al (Н20ТЮ, Х12Н6ТЮ, и т.п.). Упрочнение закаленной на мартенсит стали происходит за счет выделения из твердого -твердого раствора интерметаллидных фаз (Ni₃Ti, Ni₃Al, Ni₃(Ti, Al)) при старении.

В условиях, когда ведущей формой изнашивания является механохимическая форма, допускается применение нержавеющий сталей мартенситного (20Х13) ли феррито-мартенситного классов (0Х12НД).

Чугуны уступают сталям по уровню кавитационной стойкости в связи с интенсивным разрушением графитных включений при кавитации. Наиболее благоприятной структурой для чугунов является шаровидный графит и матрица в виде тонкопластинчатого перлита ли бейнита. Перспективным материалом также является чугун с аустенитной основой, склонной к деформационному  превращению.

Среди цветных сплавов на основе меди в условиях кавитации наиболее пригодны двухфазные () сплавы, причем их кавитационная стойкость возрастает по мере повышения количества -фазы и равномерности ее распределения в структуре. В однофазных -сплавах преимущество имеют более легированные композиции за счет эффекта твердорастворного упрочнение, что видно из данных табл. 3.8.

Таблица 3.8 - Кавитационная стойкость однофазных бронз [9].

Бронза	Твердость, НВ	Потеря массы за 5 часов испытаний
БрОЦ 4-3	65	1640
БрКМц 3-1	57	1200
БрАЖМц 10-3-1,5	150	34
БрАЖМц 6-2-3	240	12