磨料水射流切割W-0.5wt.%ZrC合金的冲蚀机理OA

目的针对聚变堆第一壁关键候选材料碳化锆弥散强化钨合金(W-0.5wt.%ZrC,WZC)存在的加工难、热损伤敏感问题,探究磨料水射流(AWJ)切割WZC的冲蚀机理及低热损伤预加工适用性。方法开展后混合AWJ与电火花线切割(WEDM)的对比试验,并补充10°倾斜入射试验考察局部冲蚀形貌。结合扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)表征切割表面、横截面损伤和元素分布。基于全因子切割实验与光滑粒子流体动力学耦合有限元法(SPH-FEM)构建数值模型,研究射流粒子动力学行为与材料去除机制。结果WEDM加工表面存在明显的再铸层与微裂纹网络等热损伤特征,EDS显示表面元素组成偏离WZC基体。AWJ切割表面在SEM观察下未发现再铸层和热诱导微裂纹,在抑制热损伤方面具有明显优势,元素变化主要表现为局部分散磨料残留。AWJ宏观切割面呈上塑下脆的分层特征,上部受高能粒子垂直冲击以微切削塑性去除为主,下部因动能耗散转变为解理断裂为主的脆性去除。仿真揭示了切缝内的正交动量转化机制,进给方向的粒子速度振荡导致了微观表面的多向交错耕犁痕迹。10°前倾或侧倾未改变“上塑下脆”的基本去除规律。结论AWJ凭借冷态切割特性可避免钨基材料的热损伤缺陷,适合作为WZC板材冷态下料和低热损伤预加工手段。切割表面的光滑区/粗糙区分层、拖尾纹和切缝锥度主要源于射流能量随深度衰减及其与进给运动的耦合作用。由于AWJ侧壁仍存在粗糙区、拖尾纹和局部解理剥落,尚不宜直接作为偏滤器复杂曲面构件的终加工方法,后续需结合精密修整工序。