钛合金具有高比强度、高比模量和低密度等优异性能，，，，，在航空航天领域一直备受关注[1-2]。。。。。。。。为了实现轻量化，，，，，航空发念头叶片大宗接纳钛合金制造。。。。。。。。钛合金的硬度较低，，，，，加之发念头的工况较卑劣，，，，，难以抵御空气中的砂粒，，，，，易在高速气流作用下泛起冲蚀损伤，，，，，因而冲蚀磨损成为钛合金发念头叶片的主要失效形式之一[3-5]。。。。。。。。以等径角挤压和高压扭转为代表的大塑性变形手艺，，，，，以离子注入、金属蒸汽真空弧手艺、电弧等离子体沉积手艺等为代表的外貌涂层手艺，，，，，是现在提高钛合金抗冲蚀性能的常用手段。。。。。。。。经等径角挤压工艺处置惩罚后，，，，，钛合金爆发了匀称、细小的α相，，，，，并弥散在β相内，，，，，可有用提高钛合金的强韧性[6]，，，，，对砂粒起到了切向阻挡作用，，，，，从而减小了微切削造成的破损，，，，，冲蚀损伤机剃头生改变，，，，，最终提升了钛合金的抗冲蚀能力。。。。。。。。通过外貌涂层手艺制备差别结构的TiAlN/Ti[7]、TiZrN[8]、CrSiN/Cr[9]，，，，，可以提高钛合金的抗冲蚀性能，，，，，进而提升发念头叶片的服役年限。。。。。。。。

在冲蚀历程中，，，，，质料与工艺因素的交互作用使得磨料特征和冲蚀工艺参数对基材损伤历程的影响很是重大，，，，，钛合金冲蚀损伤历程既保存对砂尘粒径的依赖效应[10]，，，，，又保存基于冲蚀角度的机理演变效应[11]。。。。。。。。

李超等[12]通过实验和数值模拟，，，，，研究了砂粒粒径对涡轴发念头压气机叶片TC4钛合金冲蚀磨损的影响，，，，，效果批注，，，，，砂粒粒径与攻击速率保存内在关联，，，，，粒径越大，，，，，则攻击速率越小。。。。。。。。叶片冲蚀磨损率与砂粒攻击速率呈幂函数关系。。。。。。。。差别粒径的砂粒对差别叶高处的磨损率浓度的敏感水平保存显著差别，，，，，此研究效果为叶片抗磨损设计提供了理论依据。。。。。。。。Avcu等[13]从冲蚀角度、攻击速率和颗粒尺寸等方面考察了Ti6Al4V钛合金的冲蚀磨损行为，，，，，发明冲蚀率与冲蚀速率成正比，，，，，与冲蚀颗粒尺寸成反比。。。。。。。。无论冲蚀颗粒直径怎样转变，，，，，最大冲蚀率总是泛起在30°攻角周围。。。。。。。。冲蚀速率和颗粒尺寸会影响钛合金的冲蚀损伤水平，，，，，但不影响其冲蚀机制，，，，，冲蚀机制以微切削和塑性变形为主，，，，，在基材外貌均检测到侵蚀粒子。。。。。。。。Sahoo等[14]研究了Ti6Al4V钛合金在层状、双峰、等轴3种差别微观结构下的固体颗粒冲蚀行为，，，，，发明层状结构组织的钛合金冲蚀率最小，，，，，其次是双峰和等轴结构，，，，，这主要归因于差别微观组织下硬度的差别。。。。。。。。Guo[15]研究了30°、60°、90°攻角下的TC4钛合金冲蚀机理，，，，，发明随着攻角的增添，，，，，冲蚀率逐渐减小。。。。。。。。在30°攻角下，，，，，冲蚀率约为90°攻角下的2倍。。。。。。。。在低角度冲蚀下，，，，，主要的破损形式为微切削和犁削，，，，，在90°攻角下主要为疲劳破损。。。。。。。。李巾杰等[16]研究发明，，，，，随着冲蚀时间的延伸，，，，，钛合金外貌冲蚀坑的深度逐渐增添，，，，，冲蚀损伤特征从30s时的变形唇和微切削，，，，，演酿成120s时的塑性疲劳剥落。。。。。。。。吴松波等[17]剖析了磨料粒径和冲蚀次数对TC4钛合金冲蚀磨损行为的影响，，，，，研究发明，，，，，随着磨料粒径的增添，，，，，磨损面积和磨损深度泛起先增添后减小趋势；；；；；；；冲蚀次数与磨损体积呈显著正相关，，，，，磨损机制主要体现为磨料棱角对基体的微切削和挤压剥落。。。。。。。。

Yan等[18]综合思量了粒度、速率和磨料破碎等因素，，，，，建设了钛合金叶片质料的冲蚀率展望模子，，，，，获得了磨料破碎判据，，，，，并量化了磨料破碎对侵蚀的影响。。。。。。。。作者还发明，，，，，同种质料在差别冲蚀速率下最大冲蚀率对应的攻角差别，，，，，在一定速率区间内，，，，，高速冲蚀时最大冲蚀率对应的攻角大于低速冲蚀时，，，，，这也诠释了差别文献中TC4钛合金最大冲蚀率对应的攻角差别，，，，，在30°、40°、45°时均有可能泛起的缘故原由。。。。。。。。

现在，，，，，文献中大都接纳30°、45°、60°、90°等特殊攻角，，，，，研究钛合金的抗冲蚀性能，，，，，接纳小角度距离寻找攻角的影响纪律的研究较少。。。。。。。。接纳控制变量法研究简单因素对冲蚀损伤影响的文献较多，，，，，但接纳正交试验法探索工艺因素影响冲蚀主次关系的报道较少。。。。。。。。

基于此，，，，，文中接纳正交试验团结控制变量法研究冲蚀工艺参数对钛合金冲蚀损伤的影响，，，，，团结数值模拟，，，，，配合展现冲蚀机理的演变纪律，，，，，旨在为钛合金构件的抗冲蚀设计提供理论参考。。。。。。。。

1、实验

1.1质料

冲蚀基材接纳陕西宝鸡中宝泰金属有限公司生产的厚度为5mm的退火态TC4钛合金板，，，，，元素组成（均用质量分数体现）：Al6.0%、V4.0%、Fe0.3%、C0.08%、N0.05%、H0.015%、O0.2%，，，，，其余为Ti。。。。。。。。接纳线切割切成16mm×23mm×5mm的样品，，，，，统一打磨抛光所有的待冲蚀外貌。。。。。。。。在实验前后，，，，，均用酒精超声洗濯样品5min，，，，，并烘干。。。。。。。。冲蚀磨料接纳郑州越驰磨料磨具有限公司生产的60目白刚玉，，，，，其显微硬度约为20GPa。。。。。。。。磨料的微观形貌及X射线衍射图谱如图1所示，，，，，可以看出，，，，，磨料的形状不规则，，，，，边沿尖锐，，，，，其主要因素为高硬度的Al2O3，，，，，尚有少量的SiO₂。。。。。。。。

1.2质料表征

接纳美国FEI公司的Quanta250型扫描电镜和EDAX能谱仪表征磨料和冲蚀前后钛合金的微观形貌和元素组成。。。。。。。。接纳德国布鲁克D8AdvanceX射线衍射仪检测磨料的物相。。。。。。。。接纳Cu-Kα辐射（0.15406nm），，，，，扫描规模为10°~110°，，，，，扫描步长为10(°)/min。。。。。。。。接纳精度为0.1mg的FA1604型电子天平表征冲蚀量（E，，，，，mg），，，，，单个试样均丈量3次，，，，，取其平均值。。。。。。。。

1.3冲蚀试验设计

接纳自行研制的常温冲蚀试验机举行冲蚀试验，，，，，原理如图2所示[19]。。。。。。。。选用L9(34)正交表设计试验（表1），，，，，试验因素划分为冲蚀距离（A，，，，，mm）、冲蚀角度（B，，，，，(°)）和冲砂量（C，，，，，g），，，，，忽略因素间交互作用的影响。。。。。。。？？？？？？刂票淞渴匝椴问撼迨淳嗬胛90mm；；；；；；；冲砂量为200g；；；；；；；冲蚀角度，，，，，低攻角划分为15°、30°、35°，，，，，中攻角划分为40°、45°、50°，，，，，高攻角划分为60°、75°、90°；；；；；；；冲蚀压力约为0.6MPa。。。。。。。。

2、效果与讨论

2.1正交试验效果与剖析

极差R可以直观反应试验因素对冲蚀率的影响水平。。。。。。。。冲蚀量（E）的极差剖析见表2，，，，，可以看出，，，，，冲蚀量受到冲蚀距离的影响水平最大，，，，，冲砂量次之，，，，，冲蚀角度最小，，，，，且冲蚀量最大和最小时的试验因素组合划分为A1B2C3、A3B1C1，，，，，此效果可为结构件冲蚀情形参数的设计提供理论参考。。。。。。。。

冲蚀量随因素水平转变的趋势如图3所示，，，，，可见，，，，，当冲蚀距离从90mm逐渐增至150mm时，，，，，冲蚀量急剧下降。。。。。。。。这是由于冲蚀距离的增大，，，，，导致磨料动能损失增大，，，，，抵达靶材时的撞击力随之减小，，，，，靶材的损伤水平减轻。。。。。。。。冲蚀量随着冲蚀角度的增添呈先增大后减小的趋势。。。。。。。。这是由于在小角度冲蚀时靶材的损伤形式以犁削、切削为主，，，，，而在高角度冲蚀时以撞击和塑性变形为主，，，，，使得质料的去除率反而降低，，，，，这主要由于冲蚀损伤机剃头生改变。。。。。。。。冲砂量与冲蚀量基本呈正相关，，，，，冲砂量的增添体现冲蚀时间延伸。。。。。。。。在冲蚀初期，，，，，靶材外貌较为平滑，，，，，航行磨料难以切削，，，，，甚至反弹。。。。。。。。随着冲蚀时间的延伸，，，，，靶材外貌最先毛化，，，，，变得粗糙，，，，，粒子切削变得相对容易，，，，，冲蚀量逐渐增大，，，，，加之冲蚀后期冲蚀机理可能爆发改变，，，，，导致质量损失更大[16]。。。。。。。。

接纳Minitab17.0软件举行多因素方差剖析，，，，，进而判断各因素影响冲蚀量的显著水平。。。。。。。。接纳一样平常线性模子，，，，，显著性水平取值为0.05，，，，，不思量因素间交互作用的影响，，，，，效果见表3。。。。。。。。通过方差剖析统计量F可判断各因素影响冲蚀率的显著性，，，，，可以看出在现有试验条件下，，，，，冲蚀距离和冲砂量对冲蚀率均有显著影响，，，，，冲蚀角度的影响并不显著，，，，，此效果与上述极差剖析效果一致。。。。。。。。

虽然正交试验能够剖析因素对指标的影响纪律，，，，，但保存水平距离较大的弱点，，，，，且易遗漏突变值。。。。。。。。虽然冲蚀角度对冲蚀量的影响并不显著，，，，，但凭证既有文献发明，，，，，冲蚀角度对冲蚀机理的影响较大[11,18]。。。。。。。。为了深入研究钛合金的冲蚀损伤行为，，，，，选择冲蚀角度举行控制变量试验。。。。。。。。

2.2控制变量试验效果与剖析

在差别冲蚀角度下，，，，，钛合金的冲蚀量如图4所示。。。。。。。？？？？？？梢钥闯，，，，，随着冲蚀角度的增添，，，，，冲蚀量泛起先增大后减小趋势，，，，，在15°时最小，，，，，在40°时抵达最大值。。。。。。。。这与Avcu等[13]、Wang等[20]诸多学者研究的趋势相同，，，，，只是两者的最大冲蚀损伤峰值划分泛起在30°、45°周围。。。。。。。。剖析以为，，，，，上述文献并未思量40°冲蚀角度；；；；；；；冲蚀损伤对磨料冲蚀速率具有依赖效应，，，，，即相同质料在差别冲蚀速率下冲蚀损伤峰值对应的攻角差别。。。。。。。。若是磨料速率较低，，，，，则微切削占主导。。。。。。。。若是磨料速率较高，，，，，则由微切削和锤击效应配合主导，，，，，质料剥落较多，，，，，最大冲蚀角度泛起了迟滞征象。。。。。。。。

2.3基于有限元模拟的冲蚀损伤行为剖析基于ABAQUS平台的Explicit？？？？？？，，，，，接纳Johnson-Cook本构模子和损伤模子界说钛合金质料属性[21-22]，，，，，开展钛合金冲蚀损伤行为数值模拟。。。。。。。。冲蚀有限元模子如图5所示，，，，，划分在30°、45°、90°冲蚀角度下举行冲蚀损伤模拟。。。。。。。。综合思量冲蚀压力、粒子平均粒径，，，，，忽略空气阻力，，，，，假定粒子速率为300m/s[18]，，，，，冲蚀距离设定为90mm。。。。。。。。综合思量盘算时间和精度，，，，，忽略冲蚀粒子的变形，，，，，基于自由网格划别离艺，，，，，接纳四节点周围体C3D4实体单位划分粒子网格，，，，，网格尺寸为 0.1mm。。。。。。。？？？？？Ｋ剂炕逅苄源蟊湫，，，，，接纳八节点六面体C3D8R单位划分基体网格，，，，，网格尺寸为0.0025mm。。。。。。。。在差别攻角下，，，，，钛合金冲蚀截面的形貌如图6所示。。。。。。。。由图6a看出，，，，，在30°攻角时，，，，，质料主要受到切削作用，，，，，在试样外貌形成了较长的犁沟，，，，，质料被挤压至犁沟前方和两侧，，，，，形成挤压唇，，，，，且犁沟前方的挤压唇越发显着，，，，，更易断裂，，，，，形成切屑，，，，，从而脱离试样外貌。。。。。。。。在犁沟内，，，，，质料在切削的作用下爆发了强烈的塑性形变，，，，，导致应力集中，，，，，当应力大于质料的屈服强度时，，，，，单位失效，，，，，质料爆发大变形，，，，，并向犁沟前方塑性流动，，，，，

形成凸起。。。。。。。。由图6b看出，，，，，当攻角增至45°时，，，，，切削作用削弱，，，，，锤击作用增强，，，，，导致切削沟槽长度减小，，，，，深度增添，，，，，挤压唇的体积显着增大。。。。。。。。质料在切应力和压应力的联相助用下爆发了大变形和塑性流动，，，，，损伤水平加剧。。。。。。。。由图6c看出，，，，，在90°攻角时，，，，，质料只受到锤击挤压作用，，，，，在笔直于质料外貌偏向爆发了显着的塑性变形，，，，，爆发了凹坑，，，，，且质料在凹坑周围群集，，，，，形成脊。。。。。。。。由仿真剖析效果可知，，，，，在低角度下质料主要受到犁削、切削作用，，，，，在高角度下受到锤击、挤压作用，，，，，在中角度下受到切削与锤击的联相助用。。。。。。。。切屑的形成

是质料质量损失的直接缘故原由，，，，，相较于30°时单个粒子冲蚀时便爆发切屑，，，，，在45°攻角时较小的切削作用无法使变形唇与试样外貌疏散，，，，，需在后续多个粒子冲蚀后形成切屑，，，，，而在90°时无切削作用，，，，，冲蚀机理改变，，，，，需团结试验效果详细剖析。。。。。。。。

粒子应力转变时间历程曲线和粒子动能时间历程曲线如图7~8所示。。。。。。。？？？？？？梢钥闯，，，，，在低攻角时，，，，，锤击作用较小，，，，，粒子受到的反作用力较小，，，，，导致应力转变和动能损失较小，，，，，粒子最终以较高速率旋转，，，，，从而脱离试样外貌，，，，，如图6a所示。。。。。。。。在45°攻角时，，，，，锤击作用增大，，，，，粒子受到的反作用力增大，，，，，动能损失增多，，，，，但最终运动状态与30°攻角时一致，，，，，如图6b所示。。。。。。。。在90°攻角时，，，，，粒子受到的反作用力最大、动能损失最多，，，，，最终粒子沿入射轨迹平动，，，，，从而脱离试样外貌。。。。。。。。相较于90°攻角时粒子的笔直撞击，，，，，在30°、45°攻角时粒子斜向侵入质料，，，，，与试样的接触面积较大，，，，，因此容易爆发二次撞击，，，，，接触时间较长，，，，，导致粒子的受力曲线泛起了2次峰值。。。。。。。。在90°时，，，，，粒子仅爆发1次撞击后便反弹脱离。。。。。。。。由图8可以看出，，，，，相较于攻角30°，，，，，在攻角45°、90°时粒子的动能损失较大。。。。。。。。

2.4冲蚀机理剖析

在差别攻角下，，，，，钛合金的冲蚀外貌形貌如图9所示。。。。。。。。由图9a可以看出，，，，，在低攻角时，，，，，质料外貌漫衍着大宗的犁沟和挤压唇，，，，，犁沟偏向与冲蚀偏向一致，，，，，流动性较显着。。。。。。。。磨料的硬度远大于钛合金的硬度，，，，，导致钛合金在磨粒高速撞击下极易爆发塑性变形。。。。。。。。由于犁沟宽度远小于磨料尺寸（约290μm），，，，，且在低攻角下磨料的速率水中分量较大，，，，，因此质料主要受到小部分磨料（尖角）的切削作用，，，，，向两侧移动，，，，，并群集形成挤压唇，，，，，在与磨粒直接接触的区域形成较长犁沟，，，，，切合塑性子料微切削理论。。。。。。。。变形唇在后续粒子切削、挤压的作用下爆发循环应力后被去除，，，，，仅剩下犁沟漫衍在质料外貌。。。。。。。。如图9b所示，，，，，质料在磨料尖角的作用下爆发了划痕，，，，，由损伤界线可以看出，，，，，多次切削导致质料被大面积去除。。。。。。。。由图9c可以看出，，，，，在中攻角时，，，，，质料外貌沿着冲蚀偏向保存犁沟和切削痕迹，，，，，同时泛起了少量凹坑。。。。。。。。由变形磨损理论可知，，，，，攻角的增大导致磨粒的速率笔直分量增大，，，，，锤击作用增强，，，，，侵入深度增添。。。。。。。？？？？？？梢钥闯，，，，，在中攻角下犁沟的长度相较于低攻角（图9a）时减小，，，，，但其损伤水平显着增添；；；；；；；较多质料受到切削作用，，，，，沿磨料运动偏向移动，，，，，并群集在磨料脱离的位置，，，，，泛起隆起，，，，，形成了显着的脊，，，，，脊的体积大于低攻角下挤压唇的体积，，，，，且在脊的后方形成了切削痕迹；；；；；；；在少量磨料的锤击作用下，，，，，形成了凹坑，，，，，质料被挤出凹坑，，，，，并在周围凸起。。。。。。。。由图9d可以看出，，，，，在中攻角下划痕区域的损伤水平显着大于低攻角下（图9b），，，，，这与图9a、c所示的损伤水平一致。。。。。。。。

锤击作用的增强，，，，，导致质料萌生裂纹，，，，，大宗裂纹交汇后，，，，，在后续粒子的一连作用下形成了碎片，，，，，并脱落。。。。。。。。在切削与锤击的联相助用下爆发的多种损伤形式是钛合金在中攻角时冲蚀量较高的缘故原由。。。。。。。。由图9e可以看出，，，，，在高攻角时，，，，，质料外貌保存偏向性不显着的凹坑、脊及少量切削痕迹，，，，，此时质料只受到锤击作用。。。。。。。。

由铸造挤压理论可知，，，，，质料在磨粒正向锤击作用下会爆发凹坑和凸起的脊，，，，，脊在后续磨粒的重复挤压、锻打下会爆发加工硬化和韧脆转变[10]，，，，，从而加速裂纹的形成，，，，，之后扩展并断裂，，，，，天生碎片，，，，，其数目相较于中攻角时显着增多，，，，，碎片脱落，，，，，形成了大尺寸的剥落台阶和小尺寸的剥落坑（图9f）。。。。。。。。随着攻角的增大，，，，，入射轨迹与反弹轨迹重合的水平增大。。。。。。。。在高攻角时，，，，，2条轨；；；；；；；局睾，，，，，较多磨粒爆发碰撞，，，，，导致入射磨粒的原始轨迹爆发偏转，，，，，攻角减小，，，，，爆发切削作用。。。。。。。。由于保存发散角，，，，，导致攻角改变，，，，，同样会爆发切削作用，，，，，因此在高攻角下冲蚀外貌保存少量切削痕迹。。。。。。。。

在差别攻角下，，，，，钛合金冲蚀截面形貌如图10~12所示。。。。。。。。由图10a、b可以看出，，，，，在低攻角时，，，，，磨料的速率水中分量远大于笔直分量，，，，，使得切削作用远大于锤击作用，，，，，导致犁沟的长度远大于深度，，，，，且挤压唇漫衍于犁股习端，，，，，泛起出高低不平的波状形貌。。。。。。。。如图10c所示，，，，，统一位置的质料受到多个磨粒的切削作用，，，，，抵达屈服极限，，，，，从而萌生裂纹，，，，，在随后磨粒的撞击下沿水平偏向扩展成横向裂纹，，，，，质料泛起脱落，，，，，形成犁沟。。。。。。。。由图11a、b可以看出，，，，，在中攻角时，，，，，切削作用减小，，，，，导致沟槽长度减小，，，，，锤击力增添，，，，，磨粒的侵入深度增添，，，，，横向裂纹泛起在更深位置，，，，，导致切削沟槽深度大于犁沟深度，，，，，去除质料的体积更大。。。。。。。。同时，，，，，锤击力的增添使得粒子受到的反作用力增大，，，，，更易爆发脆性断裂，，，，，并嵌入质料内部（图11c）。。。。。。。。磨粒碎片在后续磨粒的撞击下爆发了脆断和松动，，，，，爆发了裂纹、碎片、孔隙，，，，，侵入深度进一步增添。。。。。。。。如图12所示，，，，，在高攻角时，，，，，质料外貌在正向锤击作用力下爆发了凹坑，，，，，同时质料被挤压至凹坑周围，，，，，形成了脊。。。。。。。。在磨粒的重复锻打下，，，，，脊向凹坑处塑性流动、铺展、压平后，，，，，形成了极薄的唇片，，，，，如图12b所示。。。。。。。。唇片在凹坑处相互挤压、搭接，，，，，未能完全填充凹坑，，，，，形成的层状结构中的孔隙使得冲蚀区域松散多孔，，，，，其外貌高低不平水平显著增大，，，，，质料的强度下降，，，，，如图12c所示。。。。。。。。在后续磨粒的重复作用下，，，，，唇片泛起疲劳断裂、分层剥落，，，，，形成台阶状冲蚀区，，，，，反而使冲蚀凹坑深度相较于中攻角时有所减小。。。。。。。ㄍ11a），，，，，但正向锤击作用下爆发的凹坑深度显着大于低攻角时犁沟的深度（图10a）。。。。。。。。

通过上述剖析可知，，，，，在低攻角下，，，，，钛合金的冲蚀损伤主要为犁削、切削作用导致的犁沟、切削痕迹、挤压唇和横向裂纹；；；；；；；在中攻角下，，，，，冲蚀损伤体现为切削与锤击联相助用下爆发的多种破损形式，，，，，如更深的犁沟、更高的脊（挤压唇）、更深的横向裂纹和攻击碎片；；；；；；；在高攻角下，，，，，质料外貌在正向锤击、锻打作用下泛起加工硬化、韧脆转变、疲劳断裂和分层剥落，，，，，质料外貌碎片化水平更为严重。。。。。。。。在中攻角下，，，，，多种冲蚀损伤形式的叠加使得其冲蚀量大于其他攻角下的简单冲蚀损伤。。。。。。。。

在低、高攻角下，，，，，钛合金冲蚀外貌能谱剖析效果如图13所示。。。。。。。？？？？？？梢钥闯，，，，，在2种工况下，，，，，质料外貌冲蚀损伤区域中的Ti、V元素含量显着镌汰，，，，，且该区域泛起了Al、O元素，，，，，批注质料在被去除的同时泛起了磨粒破碎并嵌入的征象。。。。。。。。在差别攻角下，，，，，钛合金冲蚀外貌元素含量如图14所示，，，，，可知在低攻角下钛合金元素的含量最高，，，，，在高攻角下次之，，，，，在中攻角下最低。。。。。。。。磨料元素的转变纪律与其相反，，，，，二者与冲蚀量转变纪律一致。。。。。。。。即冲蚀量越高，，，，，则质料去除量越大，，，，，同时嵌入的粒子越多；；；；；；；冲蚀量越低，，，，，则反之。。。。。。。。团结上述剖析可知，，，，，在低攻角时磨料受到的反作用力较小。。。。。。。ㄍ7），，，，，较少的磨粒破碎[23]；；；；；；；原始磨料的尺寸较大，，，，，动能较大，，，，，不易被塑性子料横向拖曳并嵌入质料，，，，，反而以低入射角度侵入质料表层，，，，，并容易去除质料，，，，，之后以较小反射角脱离质料外貌，，，，，且反弹轨迹与入射轨迹的重合水平较小。。。。。。。ㄍ6a），，，，，因碰撞而破碎的磨粒数目更少，，，，，导致低攻角下质料外貌磨料的元素较少。。。。。。。。在中攻角时，，，，，磨粒受到的反作用力增大（图7），，，，，破碎数目增多，，，，，同时入射轨迹与反射轨迹的重合水平增大，，，，，导致碰撞破碎的可能性增添；；；；；；；侵入深度的增添，，，，，使得破碎磨粒被较多质料拖曳，，，，，运动阻力增大，，，，，嵌入质料的可能性增添。。。。。。。。在以上因素的综相助用下，，，，，冲蚀外貌磨粒的元素最多。。。。。。。。通过上述剖析可知，，，，，在高攻角时，，，，，粒子破碎的数目较多，，，，，侵入深度进一步增添，，，，，使得磨粒的嵌入数目较多。。。。。。。。此时磨粒受到的反作用力增添，，，，，导致反弹磨粒的数目增多，，，，，且入射轨迹与反弹轨迹高度重合（图6c），，，，，使得反弹后磨粒与后续磨粒强烈碰撞，，，，，磨粒动能减小，，，，，反而在一定水平上减轻了嵌入水平，，，，，因此在高攻角下磨粒元素的含量略低于中攻角下。。。。。。。。

冲蚀截面（中攻角）能谱剖析效果如图15所示，，，，，可以看出，，，，，在质料外貌冲蚀区域内磨粒元素（Al、O）的含量远大于质料内部，，，，，且白色颗；；；；；；；岜⒋嘈远狭，，，，，天生的碎片嵌入坑内，，，，，碎片与质料的界线清晰。。。。。。。。团结图13、14可断定，，，，，在各个攻角下，，，，，磨粒均破碎，，，，，并嵌入基体。。。。。。。。

3、结论

1）钛合金外貌冲蚀损伤的影响因素依次为冲蚀距离、冲砂量、冲蚀角度。。。。。。。。在冲蚀距离为90mm、冲砂量为200g、冲蚀压力约为0.6MPa的工况下，，，，，钛合金的最大冲蚀损失泛起在冲蚀角度40°周围。。。。。。。。

2）冲蚀损伤历程模拟效果批注，，，，，在低攻角到高攻角的冲蚀历程中，，，，，由切削作用占主导，，，，，逐步演变为锤击作用占主导。。。。。。。。在低角度下冲蚀时，，，，，磨料容易爆发二次切削。。。。。。。。在高角度下冲蚀时，，，，，磨料撞击后会反弹脱离。。。。。。。。冲蚀角度越大，，，，，则磨料的动能损失越大。。。。。。。。

3）冲蚀机理与冲蚀角度亲近相关。。。。。。。。在低攻角下，，，，，钛合金的冲蚀损伤主要体现为犁削和微切削导致的犁沟、挤压唇和横向裂纹；；；；；；；在高攻角下，，，，，冲蚀损伤主要体现为正向锤击、锻打作用引起的加工硬化、韧脆转变、疲劳断裂和分层剥落。。。。。。。。

参考文献：

[1]ZHAO S, MENG F Y, FAN B L, et al. Evaluation of Wear Mechanism between TC4 Titanium Alloys and Self-Lu-bricating Fabrics[J]. Wear, 2023, 512: 204532.

[2]HERRERA P, HERNANDEZ-NAVA E, THORNTON R,et al. Abrasive Wear Resistance of Ti-6AL-4V Obtained by the Conventional Manufacturing Process and by Elec-tron Beam Melting (EBM)[J]. Wear, 2023, 524: 204879.

[3]王彦峰, 李争显, 杜继红, 等. TC4 钛合金外貌渗碳复合 TiN(Ti)膜层的抗冲蚀性能[J]. 有数金属质料与工程,2019, 48(6): 1878-1883.

WANG Y F, LI Z X, DU J H, et al. Solid Particle Erosion of Composite Coating of Gradient Carburized Layer and TiN (Ti) Coating Synthesized on TC4 Alloy[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2019, 48(6): 1878-1883.

[4]BIN G F, LI C, LI J, et al. Erosion-Damage-Induced Vibration Response of Aero-Gas Generator Rotor System[J].Mechanical Systems and Signal Processing, 2023, 195:110298.

[5]RUAN H T, WANG Z Y, WANG L, et al. Designed Ti/TiN Sub-Layers Suppressing the Crack and Erosion of TiAlN Coatings[J]. Surface and Coatings Technology,2022, 438: 128419.

[6]李振华, 华晨, 程先华. 等径角挤压后Ti5553钛合金的冲蚀磨损机理演变[J]. 摩擦学学报, 2015, 35(1): 45-52.

LI Z H, HUA C, CHENG X H. Erosion Mechanism Evolution of Ti5553 Treated by Equal Channel Angular Extrusion[J]. Tribology, 2015, 35(1): 45-52.

[7]李玉琴, 文建中, 孙志平. TC4 钛合金外貌 TiAlN/Ti 涂层的抗冲蚀性能研究[J]. 外貌手艺, 2021, 50(7): 276-282.

LI Y Q, WEN J Z, SUN Z P. Study on Erosion Resistance of the TiAlN/Ti Coating for TC4 Titanium Alloy[J]. Surface Technology, 2021, 50(7): 276-282.

[8]MA A M, LIU D X, ZHANG X H, et al. Solid Particle Erosion Behavior and Failure Mechanism of TiZrN Coatings for Ti-6Al-4V Alloy[J]. Surface and Coatings Technology, 2021, 426: 127701.

[9]CAI F, ZHANG J M, WANG J M, et al. Improved Adhesion and Erosion Wear Performance of CrSiN/Cr Multi-Layer Coatings on Ti Alloy by Inserting Ductile Cr Layers[J]. Tribology International, 2021, 153: 106657.

[10]耿明睿, 陈皎, 杨竹芳, 等. TC4 钛合金外貌冲蚀损伤机理的砂尘粒径依赖效应[J]. 中外洋貌工程, 2018,31(3): 17-26.

GENG M R, CHEN J, YANG Z F, et al. Dependent Effects of Particle Size on Erosion Wear Mechanism of TC4 Titanium Alloy[J]. China Surface Engineering, 2018,31(3): 17-26.

[11]KHODDAMI A, SALIMI-MAJD D, MOHAMMADI B.Finite Element and Experimental Investigation of Multi-ple Solid Particle Erosion on Ti-6Al-4V Titanium Alloy

Coated by Multilayer Wear-Resistant Coating[J]. Surface and Coatings Technology, 2019, 372: 173-189.

[12]李超, 宾光富, 李坚, 等. 砂粒粒径对航空涡轴发念头压气机叶片冲蚀磨损的影响研究[J]. 机械工程学报,2022, 58(19): 180-190.

LI C, BIN G F, LI J, et al. Influence of Sand Particle Size on the Erosive Wear of Compressor Blade in an Aero-Turboshaft Engine[J]. Journal of Mechanical Engineering,2022, 58(19): 180-190.

[13]AVCU E, FIDAN S, YLDRAN Y, et al. Solid Particle Erosion Behaviour of Ti6Al4V Alloy[J]. Tribology -Materials, Surfaces & Interfaces, 2013, 7(4): 201-210.

[14]SAHOO R, MANTRY S, SAHOO T K, et al. Effect of Microstructural Variation on Erosion Wear Behavior of Ti-6Al-4V Alloy[J]. Tribology Transactions, 2013, 56(4):555-560.

[15]GUO B H. Research on Solid Particle Erosion Behaviors of TC4 Alloy at Different Erosion Angles[J]. Advanced Materials Research, 2014, 1049/1050: 167-170.

[16]李巾杰, 吴凤芳, 吴冰. 钛合金基体上 AlCrN 涂层的冲蚀磨损行为研究[J]. 外貌手艺, 2019, 48(2): 152-158.

LI J J, WU F F, WU B. Erosion Wear Performance of AlCrN Coating on Titanium Alloy Substrate[J]. Surface Technology, 2019, 48(2): 152-158.

[17]吴松波, 蔡振兵, 林禹, 等. 硬质沙粒对 TC4 钛合金攻击磨损的损伤行为的研究[J]. 摩擦学学报, 2018, 38(4):383-390.

WU S B, CAI Z B, LIN Y, et al. Effect of Hard Sand on the Impact Wear Behavior of TC4 Alloy[J]. Tribology,2018, 38(4): 383-390.

[18]YAN C, CHEN W, ZHAO Z H, et al. A Probability Prediction Model of Erosion Rate for Ti-6Al-4V on High-Speed Sand Erosion[J]. Powder Technology, 2020, 364:373-381.

[19]GUO H, ZHANG C, HE Y, et al. Study on Erosion Behavior of Laser Wire Feeding Cladding High-Manganese Steel Coatings[J]. Materials, 2023, 16(17): 5733.

[20]WANG Y F, YANG Z G. Finite Element Model of Erosive Wear on Ductile and Brittle Materials[J]. Wear, 2008,265(5/6): 871-878.

[21]JOHNSON G R, COOK W. A Constitutive Model and Data for Metals Subjected to Large Strains, High Strain Rates and High Temperatures[J]. Engineering Fracture Mechanics, 1983, 21:541-548.

[22]WU H B, ZHANG S J. 3D FEM Simulation of Milling Process for Titanium Alloy Ti6Al4V[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2014,71(5): 1319-1326.

[23]HADAVI V, MORENO C E, PAPINI M. Numerical and Experimental Analysis of Particle Fracture during Solid Particle Erosion, Part Ⅱ : Effect of Incident Angle, Velocity and Abrasive Size[J]. Wear, 2016, 356: 146-157.

相关链接