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水泥技术|浅析决定材料耐磨性的因素
作者:防水之家  建材之家    2017-05-09  浏览:52
防水之家讯:随着耐磨堆焊材料在水泥工业的大力推广应用,如何指导用户根据自身部件的特点进行选材和使用显得尤为迫切。笔者根据多年的研究及实践经验,将使用中需要关注的注意事项及选材的影响因素进行分析探讨,希望对用户使用有一定的指导意义。

一、需要关注的因素
1.母材的性质及状态
部件母材选用什么材质,进行什么样的热处理,对使用效果影响非常大。比如锤头,同样是高锰钢材质,为什么在同一工况下有的耐磨性好,有的耐磨性不好呢?究其原因,其一是材质的成分是否符合标准要求,其二是水韧处理是否到位。这将直接影响最后的使用寿命,耐磨堆焊只能改善其使用性能,不能改变母材本身的特性。

2.使用工况的介质
部件工作工况介质的状态也直接影响使用效果。
部件过流物和氛围主要分为三种状态:固态、液态和气态。
固态主要考虑的是冲击磨损、磨粒磨损、刮擦以及温度影响等;液态、气态除上面所需考虑的因素外,液态还需要关注冲刷磨损、腐蚀性以及密封性等,气态还需要关注气体压力、汽蚀性等。

3.磨损物料的类型
磨损物料主要有5种类型:金属类、矿物类、橡胶类、流体类、混合类。不同类型对部件的磨损程度及磨损机理是有所区别的。

4.部件的工况
部件的工况决定其磨损形式主要分为:滑动磨损、磨粒磨损、冲击磨损、挤压磨损等,需要根据现场情况准确判断其工作状态。

5.部件承受载荷大小
根据部件的使用情况,其受力状态可分为:低应力、中等应力、恒定应力、可变应力、高应力。应力的状态直接影响部件的使用寿命。

在实际应用过程中,去关注这些因素的变化轨迹并不难,但却容易被忽略。同时需要特别注意的是,每个因素可能有不同的表现形式,并且环境温度的变化会叠加在这些因素的变化中。另外,物料的异性也需要注意,如各种矿石类,无论在成分还是在硬度方面都有很大的不均匀性。因此,准确地去把握这些因素并不容易。我们希望能通过多年积累的实践经验为客户提供这方面的指导。

二、决定材料耐磨性的因素
我们这里讨论的主要是采用堆焊方式提高部件耐磨性的问题,涉及的主要是金属材料。因此,了解是哪些性能影响金属及堆焊层耐磨性显得很重要。

性能主要包括:硬度(宏观和显微、常温和高温),合金成分及微观组织,耐磨性比对试验。

用户可以初步了解一些金属及熔敷金属的特性,以方便判断其性能及应用场合。
1.硬度
宏观硬度是最直观反映金属耐磨性的一个因素,用户往往会直观地通过比较硬度值的高低来判断金属耐磨性的优劣,这样其实是不科学的。

我们知道,常用的45号钢通过热处理表面可以达到较高的硬度,但和常规的低合金耐磨材料的耐磨性是没办法相比的,同样硬度下,低合金和高合金的材料耐磨性相差很大。

一般来讲,同样的合金成分下,硬度越高耐磨性越好。比如,曾经对国外进口低合金锤头进行剖析,锤体是整体锻打的,不同的部位取样分析,化学成分是一致的,可以判定不是复合锤头。沿锤体的母线打磨进行腐蚀,呈现不同的腐蚀度,可以初步判定硬度是不一样的,实际测量,从锤孔到锤面,硬度呈明显的递增梯度变化,HRC30~60之间,锤孔部位硬度低,韧性好,抗冲击性好,锤面部位硬度高,耐磨性好,抵抗物料的刮擦性较好,通过特殊的热处理可以在同一化学成分下获得不同的性能。

那么,对于不同的合金成分,其显微硬度显得较为重要,但这需要比较专业的设备,以及需要和微观组织一起讨论。

用于高温场合的合金是需要特别设计的,用于常温和用于高温场合的不同合金成分,如果常温硬度值相近,高温硬度测试值会有很大差别,常温合金硬度值会急剧下降,但高温合金硬度的下降幅度不大。硬度随温度的下降幅度直接决定材料的工作温度。

2.化学成分和微观组织
金属的化学成分和显微组织是决定材料性能的主要因素。堆焊材料一般是在焊态下使用,其化学成分和焊接工艺直接决定了其显微组织结构。

我们知道,常用的高铬合金铸铁材料是性价比较高的合金材料,不同的合金形成的初生碳化物类型是不一样的,不同的碳化物其分布形态、显微硬度差别较大,见下表所示。

对于复杂碳化物,其显微硬度可达3200HV以上,而采用宏观洛氏硬度测试,高铬铸铁的硬度一般在HRC60左右,与HV换算大约只有700,与实际测试值差距很大,这从另一个侧面说明宏观硬度与耐磨性没有必然联系。

合金的组配决定了合金的显微组织,合金的显微组织决定了显微硬度,组织的显微硬度决定了材料的耐磨性。

3.各种耐磨试验比对
根据现场应用工况,将之归结在用三种耐磨试验机进行比对试验,在实验室进行耐磨材料的筛选试验,为实际应用作指导,为科研部门使用,进行磨料磨损机理的研究。

MLS-225型湿式橡胶轮磨损试验机
MLS-225型湿式橡胶轮磨损试验机是湿砂半自由磨料磨损试验机。它的工作原理是利用转动的橡胶轮带动与水混合的矿砂、砂石、泥沙等磨料对各种金属或非金属材料产生磨损,从而对材料进行耐磨性试验。

由于橡胶轮的转速和对试样施加的正压力等参数可以改变,故本机能很好地模拟许多工况,这种试验机适于相对致密的堆焊层耐磨性对比,如果堆焊层表面缺陷多,由于介质中有水砂,容易积在缺陷处,造成失重测试不准确,引起实验误差。

ML-100型磨料磨损试验机
该试验机系干式固定磨粒磨损试验机。主要用于金属与砂石、矿石、泥沙等固体发生摩擦情况下,金属材料的耐磨性能试验。这比较适合低应力磨粒磨损研究。

MLD-10型动载磨料磨损试验机
该试验机是具有多功能可模拟多种工况条件的试验机,可用于金属材料和各种干、湿磨料在有冲击载荷或无冲击载荷、接触或无接触、滑动或滚动摩擦情况下,金属材料的耐磨性能试验,通过实验可以定量测量,金属材料在不同载荷、不同相互作用情况下所造成的磨损,以及进行磨损机理的实验研究。

从上可以看出,三种试验机基本涵盖了常用的磨损形式,可以根据实验研究,为实际选材提供依据。

影响材料耐磨性的因素很多,也比较复杂,要求用户全面掌握是不现实的,我们根据多年的实践经验,建议用户在使用耐磨堆焊材料之前,可以与材料厂商进行沟通,确定部件的母材、热处理状况、受力情况、工作稳定及破坏形式,希望达到的效果,这些信息也可以由材料厂商到现场协助采集,由材料厂商根据实际情况帮助选材,并制定合理的焊接工艺,这样就可以做到有的放矢、有针对性地去帮助客户有效地解决实际问题。

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