TEST STUDY ON CAVITATION RESISTANCE PERFORMANCE OF 17-4PH BLADE STEEL MATERIAL UNDER HUNDERD-MICRON ARRAY GROOVES STRUCTURE

DI Juan; HE Lei; WANG Chengbo; FAN Zhihang; PENG Chaoyi

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.008

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TEST STUDY ON CAVITATION RESISTANCE PERFORMANCE OF 17-4PH BLADE STEEL MATERIAL UNDER HUNDERD-MICRON ARRAY GROOVES STRUCTURE

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2025-07-10

- TEST STUDY ON CAVITATION RESISTANCE PERFORMANCE OF 17-4PH BLADE STEEL MATERIAL UNDER HUNDERD-MICRON ARRAY GROOVES STRUCTURE
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 7, Pages: 65-72(2025)
- 作者机构：
  
  1.太原科技大学车辆与交通工程学院，太原 030024
  2.工程结构性能演化与控制教育部重点实验室（同济大学），上海 200092］
  3.中车株洲时代新材料科技股份有限公司，株洲 412007
- 作者简介：
  
  DI Juan, E-mail: juandi@tyust.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China Youth Science Fund(52205212);Youth Science Research Project of Fundamental Research Program of Shanxi Province(20210302124052);Open Fund of Key Laboratory of Performance Evolution and Control for Engineering Structures (Tongji University) of Ministry of Education(2021KF-3);Graduate Education Innovation Project of Taiyuan University of Science and Technology(SY2022035)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.008
  CLC：
- Received：21 December 2023，
  
  Revised：17 January 2024，
  
  Published：15 July 2025
- 稿件说明：
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邸娟，贺磊，王程波，等. 百微米阵列凹槽结构下17-4PH叶片钢材料抗汽蚀特性试验研究［J］. 机械强度，2025，47（7）：65-72.

DI Juan，HE Lei，WANG Chengbo，et al. Test study on cavitation resistance performance of 17-4PH blade steel material under hunderd-micron array grooves structure［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：65-72.
邸娟，贺磊，王程波，等. 百微米阵列凹槽结构下17-4PH叶片钢材料抗汽蚀特性试验研究［J］. 机械强度，2025，47（7）：65-72. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.008.

DI Juan，HE Lei，WANG Chengbo，et al. Test study on cavitation resistance performance of 17-4PH blade steel material under hunderd-micron array grooves structure［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（7）：65-72. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.07.008.

摘要

17-4PH（0Cr17Ni4Cu4Nb）马氏体不锈钢作为过流部件的一种常用材料，易受到严重的汽蚀破坏。借鉴阵列纹理结构的缓蚀作用，聚焦百微米级凹槽阵列表面结构下17-4PH叶片钢材料的汽蚀特性及抑制机制，基于超声波汽蚀试验平台，采用失重法得到试验数据，借助Logistic方程拟合数据点，得到名义潜伏期等参数。结果表明：槽间距

和槽宽

在百微米区间的表面凹槽靶材，对汽蚀损伤有很好的抑制作用；配比合适的凹槽阵列结构几何参数，可进一步减轻材料汽蚀损伤；槽宽为

=700 μm、槽间距为

=400 μm的凹槽阵列靶材，经连续汽蚀50 h后，潜伏期最长（22.79 h），质量损失量最小（10.92 mg），因而表现出最佳的抗汽蚀性能，本研究可为工程实际防汽蚀应用提供参考。

Abstract

As a common material for flow components

17-4PH(0Cr17Ni4Cu4Nb) martensitic stainless steel is vulnerable to serious cavitation damage. Based on the corrosion inhibition effect of array texture structure， this study focused on the cavitation characteristics and inhibition mechanism of 17-4PH material under the surface structure of hundred-micron groove array. Based on the ultrasonic cavitation test platform

the experimental data were obtained by the weight loss method

and the data points were fitted by Logistic equation to obtain the nominal incubation period and other parameters. The results show that the surface groove target with groove spacing

and groove width

in the range of hundred-micron has a good inhibitory effect on cavitation damage. The geometric parameters of the groove array structure with the appropriate ratio can further reduce the cavitation damage of the material. The groove array target with groove width

=700 μm and groove spacing

=400 μm has the longest incubation period (22.79 h) and the smallest cumulative mass loss (10.92 mg) after continuous cavitation for 50 h

thereby exhibiting the best cavitation resistance. This study can provide reference for practical engineering applications in preventing cavitation erosion.

关键词

Keywords

references

SELVAM K ， SAINI J ， PERUMAL G ， et al . Exceptional cavitation erosion-corrosion behavior of dual-phase bimodal structure in austenitic stainless steel ［J］. Tribology International ， 2019 ， 134 ： 77 - 86 .

ZHANG H J ， CHEN X Y ， GONG Y F ， et al . In-situ SEM observations of ultrasonic cavitation erosion behavior of HVOF-sprayed coatings ［J］. Ultrasonics Sonochemistry ， 2020 ， 60 ： 104760 .

李伟，施卫东，裴冰，等 . 发动机冷却水泵空化特性的数值模拟与改进［J］. 内燃机学报， 2013 ， 31 （ 2 ）： 165 - 170 .

LI Wei ， SHI Weidong ， PEI Bing ， et al . Numerical simulation and improvement on cavitation performance of engine cooling water pump ［J］. Transactions of CSICE ， 2013 ， 31 （ 2 ）： 165 - 170 . （In Chinese）

GAO N ， SHAO J Y ， GENG T ， et al . Study on the influence of the cavitation of the feedwater pump in the nuclear power unit cogeneration mode ［J］. Journal of Physics：Conference Series ， 2022 ， 2254 （ 1 ）： 012018 .

薛党勤 . 汽车冷却水泵优化设计及汽蚀振动特性研究［D］. 北京：中国农业大学， 2015 ： 1 - 29 .

XUE Dangqin . Optimized design of vehicle cooling water pump and research on characteristics of cavitations vibration ［D］. Beijing ： China Agricultural University ， 2015 ： 1 - 29 . （In Chinese）

WAN T ， XIAO N ， SHEN H J ， et al . The effect of chloride ions on the corroded surface layer of 00Cr22Ni5Mo3N duplex stainless steel under cavitation ［J］. Ultrasonics Sonochemistry ， 2016 ， 33 ： 1 - 9 .

TANG C H ， CHENG F T ， MAN H C . Improvement in cavitation erosion resistance of a copper-based propeller alloy by laser surface melting ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2004 ， 182 （ 2/3 ）： 300 - 307 .

ZHANG L M ， LI Z X ， HU J X ， et al . Understanding the roles of deformation-induced martensite of 304 stainless steel in different stages of cavitation erosion ［J］. Tribology International ， 2021 ， 155 ： 106752 .

IBANEZ I ， ZEQIRI B ， HODNETT M ， et al . Cavitation-erosion measurements on engineering materials ［J］. Engineering Science and Technology，an International Journal ， 2020 ， 23 （ 6 ）： 1486 - 1498 .

YUAN L I ， YU-HUI Y E ， XIAO-YANG Z ， et al . Advanced experimental and numerical techniques for cavitation erosion prediction （fluid mechanics and its applications）［J］. Applied Mechanics & Materials ， 2014 ，651/ 652 / 653 ： 422 - 427 .

KNAPP R T . Recent investigations of the mechanics of cavitation and cavitation damage ［J］. Transactions of the American Society of Mechanical Engineers ， 1955 ， 77 （ 7 ）： 1045 - 1054 .

DA SILVA F J ， MARINHO R R ， PAES M T P ， et al . Cavitation erosion behavior of ion-nitrided 34CrAlNi7 steel with different microstructures ［J］. Wear ， 2013 ， 304 （ 1/2 ）： 183 - 190 .

WANG L ， MAO J Z ， XUE C G ， et al . Cavitation-erosion behavior of laser cladded low-carbon cobalt-based alloys on 17-4PH stainless steel ［J］. Optics & Laser Technology ， 2023 ， 158 ： 108761 .

DI J ， WANG S S ， YAN X J ， et al . Experimental research on water droplet erosion resistance characteristics of turbine blade substrate and strengthened layers materials ［J］. Materials ， 2020 ， 13 （ 19 ）： 4286 .

THOMAS G P ， BRUNTON J H . Drop impingement erosion of metals ［J］. Proceedings of the Royal Society A：Mathematical，Physical and Engineering Sciences ， 1970 ， 314 （ 1519 ）： 549 - 565 .

DI J ， WANG S S ， YAN X J ， et al . Experimental investigation on effect of surface strengthening process and roughness on water droplet erosion behavior in turbomachinery ［J］. Tribology International ， 2021 ， 153 ： 106647 .

邸娟，王顺森，蒋希航，等 . 透平末级叶片材料抗水蚀特性的数值研究［J］. 西安交通大学学报， 2021 ， 55 （ 2 ）： 38 - 46 .

DI Juan ， WANG Shunsen ， JIANG Xihang ， et al . Numerical research on water erosion resistance characteristics of the substrate material of last stage blades in steam turbine ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University ， 2021 ， 55 （ 2 ）： 38 - 46 . （In Chinese）

KIROLS H S ， MAHDIPOOR M S ， KEVORKOV D ， et al . Energy based approach for understanding water droplet erosion ［J］. Materials & Design ， 2016 ， 104 ： 76 - 86 .

连峰，张会臣，高玉周，等 . 表面纹理和表面膜对Ti6Al4V合金空蚀特性的影响［J］. 稀有金属材料与工程， 2011 ， 40 （ 5 ）： 793 - 796 .

LIAN Feng ， ZHANG Huichen ， GAO Yuzhou ， et al . Influence of surface texture and surface film on cavitation erosion characteristics of Ti6Al4V alloy ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2011 ， 40 （ 5 ）： 793 - 796 . （In Chinese）

庞连云，连峰，高玉周，等 . 激光表面纹理加工Ti6Al4V空蚀的形貌特征［J］. 大连海事大学学报， 2010 ， 36 （ 1 ）： 101 - 103 .

PANG Lianyun ， LIAN Feng ， GAO Yuzhou ， et al . Topographical characteristics of cavitation erosion on Ti6Al4V alloy with surface texture manufactured by laser ［J］. Journal of Dalian Maritime University ， 2010 ， 36 （ 1 ）： 101 - 103 . （In Chinese）

赵恩兰，杨海峰，孙渤，等 . 微织构激光加工及表面空蚀性能测试［J］. 热加工工艺， 2020 ， 49 （ 16 ）： 106 - 108 .

ZHAO Enlan ， YANG Haifeng ， SUN Bo ， et al . Laser machining of macrotexture and surface cavitation performance test ［J］. Hot Working Technology ， 2020 ， 49 （ 16 ）： 106 - 108 . （In Chinese）

ZHAO E L ， YANG H F ， SUN B ， et al . Cavitation erosion properties of microscale texture surfaces induced by laser processing technique ［J］. Journal of Laser Micro/Nanoengineering ， 2018 ， 13 （ 3 ）： 238 - 243 .

薛承感，潘慧斌，丁银萍，等 . 17-4PH汽轮机叶片激光固溶强化抗汽蚀性能研究［J］. 动力工程学报， 2020 ， 40 （ 1 ）： 82 - 88 .

XUE Chenggan ， PAN Huibin ， DING Yinping ， et al . Cavitation erosion behavior of 17-4PH steam turbine blades treated by laser solid solution ［J］. Journal of Chinese Society of Power Engineering ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 82 - 88 . （In Chinese）

陈贝，陈惠芬，王泽民 . 17-4PH不锈钢的研究现状及发展趋势［J］. 上海应用技术学院学报（自然科学版）， 2016 ， 16 （ 1 ）： 83 - 87 .

CHEN Bei ， CHEN Huifen ， WANG Zemin . Research statuation and development trend of 17-4PH stainless steel ［J］. Journal of Shanghai Institute of Technology （Natural Science Edition）， 2016 ， 16 （ 1 ）： 83 - 87 . （In Chinese）

ASTM . Standard test method for bubble etches using vibratory devices ： ASTM G 32-2016 ［S］. Phiadelphia ： American Society for Testing Materials ， 2006 ： 15 .

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