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如何在水泥建筑当中应用金属耐磨材料材料

论文编号: 所属栏目:工业设计 发布日期:2020年06月01日 论文作者:知乎者也论文网

  金属耐磨材料在现代工业发展中有着重要的地位,本文以水泥企业为例,研究了金属耐磨材料在水泥企业的具体应用。

  《》(原《金属热处理学报》)是1980年创刊的全国性学术期刊,历经半年刊、季刊、双月刊和月刊,是我国材料科学领域的重要学术性期刊。2001年荣获新闻出版总署颁发的“中国期刊方阵—双效期刊“。2015年获中国科学精品科技期刊工程第四期资助。

  本文从金属耐磨材料的概述、水泥企业常用的耐磨材料以及根据磨损原理具体的选用金属耐磨材料,对金属耐磨材料进行了研究、分析,对其他选用金属耐磨材料给予一定的参考和借鉴。

  一、金属耐磨材料的概述

  材料的耐磨性不仅决定于材料的硬度Hm,而且更主要的是决定于材料硬度Hm和磨料硬度Ha的比值。当Hm/Ha比值超过一定值后,磨损量便会迅速降低。

  当Hm/Ha≤0.5-0.8时为硬磨料磨损,此时增加材料的硬度对材料的耐磨性增加不大。

  当Hm/Ha>0.5-0.8时为软磨料磨损,此时增加材料的硬度,便会迅速地提高材料的耐磨性。

  金属耐磨材料一般都指的是耐磨钢,能抵抗磨料磨损的钢。这类钢还没有成为一个完全独立的钢种,其中公认的耐磨钢是高锰钢。

  二、水泥企业主要使用的耐磨钢

  在水泥工业中大多以磨料磨损为主要磨损方式。耐磨材料主要用于磨机衬板、隔仓板、篦板,球、段,破碎机锤头、板锤、反击板、颚板,立磨辊、盘等。从材质上可分为以下三大类:

  1.高锰钢系列

  该材质在八十年代前的一百余年中始终占据耐磨材料的主导地位,优点:韧性极好,在强冲击条件下产生加工硬化;缺点:易塑性变形,不耐磨。已从非强冲击条件下应用的易损件(磨机衬板类)中退出,但是在强冲击负荷下应用的易损件中,仍保持不可替代的优势。

  普通高锰钢以及为了提高屈服强度添加各种合金元素的合金高锰钢,在大型破碎机锤头、板锤、反击板、篦板、颚式破碎机颚板及圆锥破碎机内外锥等易损件中,占主导地位。超高锰钢仅限用于大型破碎机锤头和板锤。中锰钢也有部分应用。

  2.合金钢系列

  低碳中合金、中碳低合金、中碳中合金、低碳高合金等各种合金钢,由于其化学成分、热处理工艺可在很大范围内变化,最终产品的机械性能指标差距很大,硬度HRC40-60,冲击韧性ak10-100J/cm2,因此可根据易损件的应用工况条件,分析其主要磨损机制,优化和选择合金钢的化学成分和综合机械性能,达到最经济合理的选用。

  中碳低合金钢的优点是:合金量少,生产成本较低,依靠水淬或油淬提高硬度,满足易损件的耐磨寿命。

  中碳中合金钢的优点是:中等的合金含量使其基体组织得到固溶强化且有弥散碳化物,热处理工艺简单且稳定,综合机械性能较佳。与中碳低合金钢相比,即使硬度相同,耐磨性明显增高,但生产成本偏高。

  低碳高合金钢的优点是:低碳、高合金的化学成分配合恰当的热处理工艺,可获得非常高的韧性和较高的硬度,对受冲击负荷较大、结构复杂的易损件具有绝对的优势,缺点是生产成本高。

  3.抗磨白口铸铁系列

  该系列有高铬铸铁、中铬铸铁、低铬铸铁、镍硬铸铁及高铬铸钢等品种。总体优点:硬度高,耐磨性好。缺点:韧性不足。

  高铬铸铁(Cr14-30%)的耐磨性最好,应用范围最广,如中小型磨机衬板,球和段,小型破碎机锤头和板锤,立磨辊和盘等。大型磨机前配置了辊压机后,高铬铸铁即可扬长避短,充分发挥其优异的耐磨性,衬板使用寿命可达8年以上。

  低铬铸铁(Cr1.5-3%)的硬度、韧性均大大低于高铬铸铁,主要应用于球、段以及细磨仓衬板,优点是生产成本低,缺点是应用范围窄,综合性能和抗磨指标一般。

  中铬铸铁(Cr8-14%)仅用于铸球,降低铬含量,既可以降低生产成本,也可满足球的破碎率指标,市场中仍称之为高铬球。

  三、水泥企业常用耐磨材料具体选用(本文以磨机为例)

  1.粗磨仓衬板磨损机理及耐磨材料的选择

  粗磨仓入磨料度为15mm-25mm,研磨体平均球径φ75mm左右,最大球径φ90mm-lOOmm。磨机回转时,球和物料以较大的冲击力凿削衬板;球在下落的滑动或滚动中挤压物料,物料尖角切削衬板,因此粗磨仓衬板磨损机理是以高应力冲击凿削磨损为主,挤压切削为辅。

  粗磨仓衬板要求材料有足够韧性,受切削磨损要求材料具有高硬度。根据磨损原理,材料硬度(Hm)应为物料硬度(Ha)的0.8倍以上,即Hm/Ha≥0.8,水泥熟料硬度为HV500-550,相当于HRC49-54。所以衬板材料硬度应在HRC50以上才耐磨。由于受高应力冲击凿削,冲击韧性ak≥10J/cm2才能不开裂,才满足使用要求。因此粗磨仓衬板应选择中碳中铬合金钢及其类似合金钢材料,硬度HRC48-55,冲击韧性akl5-20J/cm2,使用寿命可达2-3年。对于单螺孔衬板及沟槽衬板可参照相关标准选择高铬铸铁,使用寿命可达4-6年。对于φ3m以上的大型磨机衬板,应选择高韧性高铬铸铁,硬度HRC58-62,冲击韧性ak8-12J/cm2,使用寿命可达 6-10年。