本文關(guān)鍵詞：某船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件材料耐海水腐蝕性能研究

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【摘要】：我國某船舶傳動系統(tǒng)中的構(gòu)件A的主要材料為40Cr和2Cr13,兩種材料之間通過螺紋和過盈配合連接,構(gòu)件B的材料主要為QAl9-4。在海洋環(huán)境中服役的過程中,構(gòu)件A和構(gòu)件B均存在一定的腐蝕問題,導(dǎo)致材料的機(jī)械性能迅速下降,螺紋連接失效,進(jìn)而導(dǎo)致船舶傳動系統(tǒng)功能喪失,嚴(yán)重威脅船舶的航行安全。為保證船舶傳動系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠、安全地運行,開展其傳動系統(tǒng)材料耐海水腐蝕性能研究,同時對船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計就顯得迫在眉睫。由于防腐或由于腐蝕產(chǎn)生的零部件更換和維護(hù)是一項繁瑣的工作,因此必須提高船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件材料的耐蝕性,使船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件的安全服役功能得到有效的保障。目前,常用的提高材料耐蝕性的方法主要有:在機(jī)械性能滿足的條件下直接選用耐蝕性更為優(yōu)異的材料;在原有材料的基礎(chǔ)上添加保護(hù)性涂層;施加電化學(xué)保護(hù)。鑒于船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和功能不便于添加涂層或施加電化學(xué)保護(hù),因此,本文采取材料優(yōu)化法。經(jīng)過充分的調(diào)研和篩選,本研究選用耐蝕性能更為優(yōu)異的不銹鋼材料0Cr17Ni4Cu4Nb、KA145、HDR中的兩種來替換構(gòu)件A的現(xiàn)役材料40Cr和2Cr13。為保證構(gòu)件A的材料更換為更為耐蝕的不銹鋼材料后,原船舶傳動系統(tǒng)中的構(gòu)件B不會出現(xiàn)新的腐蝕問題,本文將在兩種銅合金QAl10-4-4、ZCu Al10Fe3中選取一種來替換QAl9-4。為證實經(jīng)優(yōu)化的設(shè)計方案更為科學(xué)合理,同時為新系統(tǒng)在服役過程中的耐蝕性提供數(shù)據(jù)支撐,本研究的主要內(nèi)容包括,一是船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件現(xiàn)役材料及擬替換材料的耐海水腐蝕性能的對比,二是在測試腐蝕數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件的選材進(jìn)行重組優(yōu)化,三是為保證現(xiàn)役船只傳動系統(tǒng)構(gòu)件升級及新船只傳動系統(tǒng)構(gòu)件選材設(shè)計提供數(shù)據(jù)和理論支持。研究工作所獲得的主要結(jié)論如下:(1)構(gòu)件A的現(xiàn)役材料和擬替換材料在人造海水全浸1000h和鹽霧/干/濕交替循環(huán)1000h后的腐蝕速率均為40Cr2Cr130Cr17Ni4Cu4NbKA145HDR,交流阻抗譜模擬顯示材料自身耐蝕能力HDRKA1450Cr17Ni4Cu4Nb2Cr1340Cr,表明在海洋環(huán)境中此五種材料耐蝕性為HDRKA1450Cr17Ni4Cu4Nb2Cr1340Cr。(2)40Cr的Nyquist曲線與四種不銹鋼材料的Nyquist曲線在低頻區(qū)存在差異的主要原因在于其雙電層產(chǎn)生的彌散效應(yīng)較大、用常相位角元件Qct的大小進(jìn)行表征,而四種不銹鋼材料雙電層產(chǎn)生的彌散效應(yīng)較小、用電容Ct表征。(3)構(gòu)件B的現(xiàn)役材料和擬替換材料在人造海水全浸1000h后腐蝕速率為QAl9-4ZCu Al10Fe3QAl10-4-4,而在鹽霧/干/濕交替循環(huán)1000h后腐蝕速率為QAl9-4QAl10-4-4ZCu Al10Fe3,表明QAl10-4-4耐海水全浸腐蝕能力最好,ZCu Al10Fe3耐海洋潮差腐蝕能力最好,而QAl9-4的耐蝕性最差。(4)0Cr17Ni4Cu4Nb、KA145、HDR、QAl10-4-4、ZCu Al10Fe3的電位隨試驗時間的延長電位先升高然后趨于穩(wěn)定;QAl9-4、40Cr的電位隨試驗時間的延長先降低然后趨于穩(wěn)定;2Cr13的電位隨試驗時間的延長電位先升高然后降低最后趨于穩(wěn)定。船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件八種材料在人造海水中穩(wěn)定的腐蝕電位由高至低的排序為HDRKA1450Cr17Ni4Cu4NbQAl10-4-4ZCu Al10Fe3QAl9-42Cr1340Cr。(5)船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件優(yōu)化方案為:用KA145、HDR替換構(gòu)件A的現(xiàn)役材料40Cr、2Cr13;用ZCu Al10Fe3替換構(gòu)件B的現(xiàn)役材料QAl9-4。模擬實際工況試驗表明對船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件進(jìn)行選材優(yōu)化方案合理、可行。
【關(guān)鍵詞】：傳動系統(tǒng) 構(gòu)件 海洋環(huán)境 腐蝕行為 耐蝕性 不銹鋼 銅合金
【學(xué)位授予單位】：機(jī)械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG172.5;U668
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 引言15-24
• 1.1 研究背景及意義15
• 1.2 金屬海洋環(huán)境腐蝕概述15-21
• 1.2.1 金屬常見腐蝕形態(tài)15-17
• 1.2.2 海洋環(huán)境和金屬腐蝕特性概述17-21
• 1.3 金屬海洋環(huán)境腐蝕研究現(xiàn)狀21
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容和思路21-24
• 第二章 材料選擇和研究方法24-34
• 2.1 材料的選擇24-29
• 2.1.1 中碳調(diào)質(zhì)鋼 40Cr24-25
• 2.1.2 馬氏體不銹鋼 2Cr1325
• 2.1.3 沉淀硬化不銹鋼 0Cr17Ni4Cu4Nb25-26
• 2.1.4 抗咬死不銹鋼KA14526-27
• 2.1.5 雙相不銹鋼HDR27
• 2.1.6 鋁青銅QAl9-427-28
• 2.1.7 鋁青銅QAl104428-29
• 2.1.8 鑄銅ZCu Al10Fe329
• 2.2 研究方法29-34
• 2.2.1 人造海水全浸腐蝕試驗29-30
• 2.2.2 鹽霧/干/濕交替循環(huán)腐蝕試驗30-32
• 2.2.3 電化學(xué)腐蝕試驗32
• 2.2.4 電偶腐蝕試驗32-33
• 2.2.5 周浸腐蝕試驗33-34
• 第三章 構(gòu)件A的材料耐海水腐蝕性能研究34-48
• 3.1 人造海水全浸腐蝕行為研究34-38
• 3.1.1 人造海水全浸腐蝕宏觀形貌34-36
• 3.1.2 人造海水全浸腐蝕動力學(xué)分析36-38
• 3.2 鹽霧/干/濕交替循環(huán)腐蝕行為研究38-42
• 3.2.1 鹽霧/干/濕交替循環(huán)腐蝕宏觀形貌38-40
• 3.2.2 鹽霧/干/濕交替循環(huán)腐蝕動力學(xué)分析40-42
• 3.3 電化學(xué)腐蝕行為研究42-46
• 3.3.1 動電位極化曲線42-43
• 3.3.2 交流阻抗譜43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-48
• 第四章 構(gòu)件B的材料耐海水腐蝕性能研究48-56
• 4.1 人造海水全浸腐蝕行為研究48-49
• 4.1.1 人造海水全浸腐蝕宏觀形貌48
• 4.1.2 人造海水全浸腐蝕動力學(xué)分析48-49
• 4.2 鹽霧/干/濕交替循環(huán)腐蝕行為研究49-51
• 4.2.1 鹽霧/干/濕交替循環(huán)腐蝕宏觀形貌50
• 4.2.2 鹽霧/干/濕交替循環(huán)腐蝕動力學(xué)分析50-51
• 4.3 電化學(xué)腐蝕行為研究51-54
• 4.3.1 動電位極化曲線51-52
• 4.3.2 交流阻抗譜52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第五章 構(gòu)件材料耐海水腐蝕性能研究及選材優(yōu)化56-71
• 5.1 電偶腐蝕行為研究56-67
• 5.1.1 電位-時間變化分析56-58
• 5.1.2 2Cr13/40Cr電偶腐蝕行為研究58-59
• 5.1.3 0Cr17Ni4Cu4Nb/銅合金電偶腐蝕行為研究59-61
• 5.1.4 KA145/銅合金電偶腐蝕行為研究61-63
• 5.1.5 HDR/QAl1044、ZCu Al10Fe3電偶腐蝕行為研究63-65
• 5.1.6 船舶傳動系統(tǒng)構(gòu)件選材優(yōu)化方案65-67
• 5.2 模擬實際工況腐蝕行為研究67-69
• 5.3 本章小結(jié)69-71
• 第六章 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-78
• 附錄：攻讀碩士學(xué)位期間的主要工作及發(fā)表的文章78

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本文編號：608432