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礦用耐磨襯板材料國內外現狀

2014/01/02 14:41
導讀: 根據我國冶金、建材、電力、農機、煤機等5個系統的統計,以及機械部門汽車、拖拉機、工程機械的不完全統計,估算我國年消耗金屬耐磨材料達300萬噸以上。
  眾所周知,磨損是產品失效的三種主要形式之一,即斷裂、腐蝕、磨損。據不完全統計,能源的1/3到1,2消耗于摩擦與磨損。據美國材料政策委員會1977年測算,磨損造成的國民經濟損失約150億美元。原西德統計因磨損造成的損失每年達100億馬克。我國對磨損造成的經濟損失缺乏精確的統計。根據我國冶金、建材、電力、農機、煤機等5個系統的統計,以及機械部門汽車、拖拉機、工程機械的不完全統計,估算我國年消耗金屬耐磨材料達300萬噸以上。1979年,美國人約斯特來華訪問時曾指出,如果運用摩擦磨損理論防止和減輕摩擦磨損,中國每年可節約150億美元。由上述可見磨損對國民經濟影響之大。
  因此,近半個世紀以來,對耐磨材料、磨損機理、磨損理論等的研究引起國內外學者的廣泛重視,并開展了深入細致的研究工作。1977年由美國機械工程學會發起的材料磨損國際學術會議,得到了各國學者的廣泛參與,迄今已召丌了八屆。我國從1980年開始,由中國金屬學會耐磨材料學術委員會組織召開全國性金屬耐磨材料學術會議9次,組織召開專題研討會6次。舉辦全國性金屬耐磨材料學習班兩屆,共交流論文1000余篇。出版論文選集9集,收入論文近400篇。這充分說明我國在近20年來,在抗磨技術,新型耐磨材料,新工藝與設備的開發、研制、磨損理論。磨損失效分析的研究以及磨損測試技術與試驗裝置等取得了很大的進展,促進了我國耐磨材料科技領域的發展。
  20世紀30年代以阿,國際上主要以ZGMnl3作為磨機襯板材料,后來,科研人員對ZGMnl3進行了充分的研究,認為高錳鋼是借助在強烈沖擊條件下,產生加工硬化,形成一層硬而耐磨的外層抵抗磨損。通常條件下,高錳鋼水淬后的表面硬度只有HBl80~220,借助強烈沖擊后,表面硬度可達HB495~535,甚至可達HB550。
  由于工況不同,沖擊條件各異,在許多情況下,高錳鋼難以產生硬度高而又耐磨的立方馬氏體(£)。在中低應力沖擊載荷下,甚至不產生任何馬氏體轉變,使其耐磨性急劇降低。實際上,就磨機襯板而言,ZGMnl3的加工硬化性能并未能發揮出來,其耐磨性極差。經過對失效零件檢查表面硬度,只達HRC24~35,根本沒有馬氏體轉變。
  基于上述情況,多年來國內外研究人員花費了大量精力,對ZGMnl3迸行各種處理,如通過細化ZGMnl3晶粒,以提高zGMnl3的位錯密度,促進向馬氏體轉化;降低含錳量,以降低ZGMnl3奧氏體的穩定性,加速向馬氏體轉變等,ZGMnl3的抗磨性能也因此有了一定的改善,但在低應力工況下仍無根本性的改變。國外在對ZGMnl3作系統研究分析中發現,ZGMnl3除上述在低應力工況下抗磨性不足外,還有幾條致命弱點:(1)在磨機工況條件下,ZGMnl3易變形,易發生流變,拉斷緊固螺栓,造成襯板拆卸困難。作為隔倉板、篦扳,由于其塑性流變,常使篦縫堵塞,變形。(2)ZGMnl3熱膨脹系數大,在大型水泥磨機上多次發生脹裂機殼現象。(3)ZGMnl3磨粒系非磁性,在磨粒中很難磁選出來,影響磨料質量,降低產品品質[“j。
  實際上,由于上述種種原因,早在1980年以后,國外各類磨機襯板已禁止使用ZGMnl3。而高錳鋼主要用于制作大型破碎機齒板,主要利用高錳鋼的高韌性以確保運行可靠。在我國,高錳鋼仍被當作“萬能耐磨材料”應用于各類工況的抗磨件上,造成國內的耐磨件使用期限僅為國外同類耐磨件的20%~40%,浪費極為嚴重。國外對10種耐磨材料作了系統研究分析,推薦下列4種抗磨材料:中碳馬氏體鋼、高鉻白口鐵、鎳硬鑄鐵和高碳鉻鉬珠光體鋼。其中中碳馬氏體鋼已形成系列,供不同工況選用,從而節約了大量耐磨材料及費用。冶金、礦山及水泥行業的球磨機襯板,出于沖擊力小,難于加工硬化,奧氏體錳鋼已逐漸為高鉻鑄鐵(鋼)、鎳硬鑄鐵及合金鋼所取代。我國也加強了新型耐磨材料的研制丌發和應用,并先后研制成功了一些新型耐磨材料。
  1)馬氏體耐磨鑄鋼 主要分水淬鋼和油淬鋼兩種,此外還采用風冷淬硬。水淬鋼以ZG30CrMnSi為主。一般添加Ti、Mo等合金元素,以細化晶粒,增加淬透性。還采用RE(稀有會屬元素)變質或RE復合變質以增加耐磨鋼的韌性。此系列鋼可通稱為多元馬氏體制磨鋼,可制作各類磨機襯板及其它耐磨體。陔鋼種具有一定的韌性,硬度高,抗磨性好,而且磨屑可磁選,使用過程中不變形。此外,其合余元素含量少,故其成本低,價格便宜,使用可靠,壽命是普通高錳鋼的2~3倍,具有明顯社會經濟效益。
  2)奧氏體耐磨鋼屬改性高錳鋼,通過降低錳含量(8%~10%),以降低奧氏體的穩定性,加入Cr、Nb、Mo、Ti等碳(氮)化物形成元素以彌散析出耐磨硬質點,達到增加抗磨性的目的。
  3)高鉻鑄鐵(鋼)和中鉻鑄鐵(鋼) 中鉻鑄鐵主要用于中低等硬度物料磨損場合。高鉻鑄鐵其含鉻量往往大于15%~28%,硬度達到HRC60~67,耐磨性好,其使用壽命是高鎬鋼的3~4倍。
  高硬度、高強度,消除脆性的高鉻鑄鐵組織以馬氏體和碳化物為主,含有少量的殘余奧氏體。適當分布的殘余奧氏體,一方面具有加工硬化特性;另一方面,可阻礙裂紋的擴展,從而提高材料的韌性。但因鉻、鉬等合金元素含量較高,成本高,售價也高,這在一定程度上限制了高鉻鑄鐵(鋼)襯板的應用。
  4)橡膠材料 近年來,國際國內一些科研機構和企業相繼開發出多種橡膠襯板并應用于生產。橡膠襯板具有重量輕,安裝方便,噪聲小,無鐵屑等特點,相信今后會得到更多的應用
標簽: 礦用耐磨襯板
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