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耐磨材料中各化学成分的耐磨作用？
2010-04-27 17:26:59
锰:是形成奥氏体的元素，对碳化物的形成也起作用，过高的锰将使组织中出现奥氏体，奥氏体组织不适宜作磨球，因为奥氏体磨球不论在干磨和湿磨中，都会造成大量破碎和剥落，但由于脱氧和去硫都用锰,因此锰的含量在耐磨球中不可以过高。
碳: 高锰钢铸件耐磨性不是含碳量越高越耐磨，而是有一个极限值，当含碳量>1.4％后铸态析出碳化物很多，水韧处理时碳化物不能完全溶到奥氏体中去，间隙固溶的碳化物也达到了饱和，这样不仅对耐磨性没有好处，而且降低材料的强度和韧性，服役时容易断裂。
硅：含硅量高，降低碳在奥氏体中的溶解度，碳化物在晶界上析出增多且肥大，水韧处理后，在晶界上留下较大的显微疏松，但为了完全消除，钢中的含硅量，控制在0.4—0.6％最佳，含硅量>0.8％对高锰钢各项性能无明显影响。
锰：高锰钢由于含锰量高，钢的铸态组织为奥氏钵及碳化物，经1000℃左右加热水淬处理(通常称水韧处理)后。绝大部分碳化物固溶于奥氏体中，钢的组织为单相奥氏体或奥氏体加少量碳化物。
硫：由于钢中含锰量高，能生成大量的MnS从渣中排出。又由于是在碱性渣中熔炼，硫可顺利降低到0.03％以下。这样低的硫量对钢的强度、韧性和耐磨性均无明显影响。
磷：磷单独溶解在钢中很少，常以Fe2p，Fe3P的形式存在于晶界上使钢的强度、韧性和耐磨性大为降低，碳含量高加剧了P以共晶形式析出在晶界上。为了保证性能，应遵循以下关系：C%=11.27-2.761×P%。生产中要控制磷含量≤0．08％：重要、复杂、厚壁件≤0．07％。
铬:铬是碳化物形成元素。铬除与碳结合成碳化物外，其余部分溶于基体内，从而提高基体的电极电位，对抗腐蚀是有利的。若其含量较小时，可能会出现M3C型碳化物，使硬度和韧性都降低。若其含量较大时，结晶时碳化物数量显著增多，使韧性明显下降，同时由于基体中含碳量降低，导致基体的硬度降低，从而耐磨性下降。但现在已经有部分厂家采用特殊的生产和处理工艺解决了这个问题，使铬的含量最大可达到30%。
钒(钛):这两种元素是生铁中自然带入的，于微量合金元素，它们能形成硬度很高的碳氮化物,弥散在基体中，有利于提高基体的显微硬度和耐磨性，同时对晶粒的细化也是有利的。
镍(铜):镍(铜)是奥氏体形成元素，多加了组织中出现奥氏体。在屈氏体磨球中加镍主要作用是提高基体电极电位，提高耐蚀性，但多加不经济，微量即起作用。
钼:钼的主要作用是细化基体，细化碳化物，提高基体的电极电位，提高耐蚀性。因价格高，加不经济。在金属型铸造条件下，加入少量即可起明显作用，实用于有特殊要求的耐磨钢球。
堆焊工艺方法的选择
  常用堆焊丁艺方法有手工电弧堆焊、药芯焊丝气体(自)保护电弧堆焊及埋弧堆焊。其他堆
焊工艺，如氧乙炔火焰堆焊和钨极氩弧焊等，也可以使用，但因其效率低而未能广泛应用。
    选择合适的堆焊方法时，应着重考虑下列因素：
1. 有低的稀释率，较高的熔敷速度和效率；
2. 现有焊接设备及工装，焊工技术水平；
3. 所需堆焊工件的尺寸、形状复杂程度和是否批量生产；
4. 堆焊金属件的堆焊位置，堆焊材料形状是否满足工件堆焊要求；
5. 有无所需堆焊的材料(焊条、焊丝、带极、焊剂等)；
 ⑥低的综合成本。
1. 对于小批量生产，最普通、最经济的方法是焊条手工电弧堆焊。对于几何形状不太复杂的大型、重复性工件，最经济的方法一般是自动电弧堆焊，这可以是明弧焊，也可以是埋弧自动焊。
耐磨涂层的应用
    (1)在机床导轨上的应用
    机床导轨是整个机床的装配基础，其耐磨性及尺寸精度是影响机床使用寿命和保持精度
的主要因素之一。由于机床导轨用铸铁制造，其硬度和耐磨性都比较低，导轨在不断的往复
滑动摩擦过程中，磨损较快，一般3-5年就需大修，因此在机床修理工作量中，导轨修理
约占50％-90％。
    为了提高机床导轨的耐磨性能，从材料方面研究了比普通铸铁耐磨性能更高的磷铜钛铸
铁、钒钛铸铁和高磷铸铁；从热处理方面采用了接触电阻淬火和感应淬火，后来又发展了低
摩擦系数的塑料导轨。但是上述措施对于局部磨损而需要修复其原有的精度是不适用的。而
采用氧一乙炔线材喷涂工艺，先喷钼打底层，再喷涂T8钢或铬钢制成涂层导轨。这种方法不
仅能够修复局部磨损和严重划伤的部位，而且还可以作为一种提高耐磨性的重要措施之一。
    涂层导轨表面是由无数微粒质点组成的，微粒之间存在一定的孔隙度，在实际使用过程
中，涂层导轨表面的孔隙有利于润滑油的储存，特别在导轨副润滑条件差、失油现象严重和
滑动摩擦的情况下，涂层导轨孔隙的含油性能更显示出它的优越性。由于油膜始终存在于摩
擦副之问，所以抗黏附性能很好。此外，导轨副之间的接触是若干点的接触，其粒度范围在
4-40”m之间．颗粒显微硬度可达60HRc左右。涂层导轨这一特性是提高导轨面耐磨性能
的重要因素。
    使用高碳钢制成的导轨涂层在各种型号的龙门刨床、铣床、车床等机床中得到了应用。
经热喷涂后制成的高碳钢导轨涂层，在实际使用一个大修周期后，测得靠车头一段仅磨
损O．03mm。
    机床喷涂导轨具有很好的抗滑动磨损性能，能长期保持机床的精度，磨损量很小，从而大大
延长了机床的大修周期，涂层导轨使用寿命比一般铸铁导轨提高1-2倍，甚至更高。因此广泛
推广应用涂层导轨工艺，必将在机床制造业和机床维修业中取得明显的技术经济效果。
    (2)在活塞环上的应用
    随着柴油机的高速强化发展而出现的活塞环黏着磨损也越来越严重，直接影响发动机运
转的可靠性和寿命的要求。为此对活塞环的防黏着磨损除了建立活塞环一整套设计参数外，
又从表面的镀铬处理发展为采用等离子弧喷涂钼基合金涂层(即65％-75％Mo+25％-
35％Ni Cr B Si)，显示了这种涂层材料所具有的特性。
    涂层材料中以高熔点的钼为基础，使得整个涂层可以承受瞬时摩擦高温而带来的热影
响。涂层具有多孔性，有很好的储存润滑油效果。当处于临界润滑状态时，因摩擦高温致使
孔隙中的润滑油膨胀，在毛细管作用下，润滑油沿孔隙外溢，从而起到了良好的润滑调节作
着磨损量的增加而急剧下降，所以从硬度的角度看来，喷焊层比氮化层耐磨。
    (6)在泥浆泵上的应用
    活塞杆是泥浆泵的主要易损件之一，它在工作中除传递交变的轴向载荷外，还受着悬浮
在泥浆液中的硅酸盐、石英砂磨粒的擦伤和泥浆液的化学腐蚀，这些磨粒硬度可达l 200
HV，在高压、大流量的泥浆液携带下，磨料冲刷杆面，并挤入密封填料中与杆面发生严重
摩擦，使杆面过早出现“拉槽”和磨损，甚至导致报废。
    活塞杆平均使用寿命较短，导致停机维修频繁，影响自了油田开发的速度。为了提高零件
的耐磨性，应选用大于或近似于磨粒硬度的材料，以防止杆面的擦伤和早期磨损。而镍基自
熔性合金粉末或含WC的自熔性合金粉末所形成的硬质喷焊层，则能满足上述要求。由于
这些合金中含有较高的镍、铬元素，所以喷焊层也具有很好的抗化学腐蚀性能。
    将经过喷焊含WC自熔性合金粉末的泥浆泵活塞杆与普通生产的活塞杆装机对比试验
结果表明，使用寿命由原来平均200h延长到1 000h左右，大大提高了活塞杆的使用寿命。
试验时的泥浆泵压为1 5-18MPa，最高冲击次数为65[-．／rain，含砂量为0·1％-O·5％。
    (7)犁铧上的应用
    农用犁铧在耕地作业中受到泥沙的摩擦，是一种典型的低应力磨粒磨损易损件。如果采
用常规的65M。或65SiMn钢制造，磨损很严重，每年需消耗大量锰钢。而采用氧一乙炔火焰
喷焊工艺，在犁铧工作刃口上喷焊一层1．5-2mm厚的镍基合金粉末或用等离子喷焊法喷
上2。。厚的高铬铸铁型自熔性合金喷焊层，口丁显著提高耐泥沙磨损，提高使用寿命3倍
左右。
    (8)其他应用
    铁路钢轨特别是其接头部位，在使用过程中，由于遭到车轮频繁的冲击、擦伤、打滑、
磨耗而出现剥蚀、剥落和撕裂以致形成低塌和洼坑，产生表面疲劳磨损，严重影响钢轨的使
用寿命和行车安全．影响铁路运输的正常运行。
    采用氧一乙炔火焰喷焊铁基自熔性合金抗表面疲劳磨损涂层·通过200万次(脉冲次数)
的疲劳试验和在200t液压试验机上进行压弯试验，未发现裂纹、起壳、剥落、分层等情况。
经现场焊补的钢轨使用结果表明，焊层质量良好，焊层平整、光滑、具有良好的抗疲劳磨损
性能，而且施工方便，成本低廉。
    修补钢轨的热喷涂涂层的主要性能见表10．4。
下表修补钢轨的热喷涂涂层的主要性能
┏━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┓┃    合金粉末                ┃    相对耐磨性    ┃    抗拉强度／MPa ┃    疲劳试验循环移=数 ┃┣━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━┫┃  氧一乙炔火焰喷焊铁基合金  ┃    29 2-33 8     ┃    475-492       ┃    200万次无裂纹     ┃┗━━━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━┻━━━━    ①钢轨的相对耐磨性为l2.7
    发电厂使用的风机叶片长期高速运行，吸风力强，经常受到煤灰粒子强烈的磨损，一般
使用寿命在4-6个月，现采用氧乙炔粉末喷焊工艺．使用寿命比原来延长6倍以上，效果
显著。
    矿下采煤用单链刮板输送机在连续输煤过程中，中部槽板受到钢链刮板和煤块的严重磨
损，原用厚度为6mrn的进口锰钢(16Mn)板制造，一般使用半年就磨穿。每年不仅要耗用
大量锰钢板，而且直接影响煤矿的生产，成为影响煤机寿命的主要部件之一。而采用喷焊工
艺，在输煤机中部槽板上喷焊厚度为2-3mm的高铬铸铁合金焊层，增强了抗磨粒磨损性
能，使槽板的使用寿命延长3倍以上。
    铸造车间的混砂机刮板，遭受砂粒的严重磨损，采用镍基合金粉末喷涂后，寿命比原
40铸钢刮板提高8倍。对N 7型碾米机刀片采用F305喷涂层后，使用片寿命提高10倍
以卜。
    内燃机车扫气泵上、下叶轮轴颈磨损，喷涂镍包铝粉末作打底层、n12作表而工作层
修复后，可以大大节约成本，提高使用寿命。棉纺厂浆纱辊筒轴颈工作过程中磨损2mm，
喷涂镍包铝粉末作打底层，再喷涂镍基合金粉末作表面工作层，可以节约成本、延长使用
寿命。
破碎机的分类和使用范围
根据破碎机作用的方式可以将破碎机粗略地分为两大类：
（1）破碎机；（2）磨矿机。
破碎机一般处理较大块的物料，产品粒度较粗，通常大于8毫米。其构造特征是破碎件之间有一定间隙，不互相接触。破碎机又可分为粗碎机、中碎机和细碎机。一般来说磨矿机所处理的物料较细，产品粒度是细粒，可达0。074毫米，甚至还要细些。其结构特征是破碎部件（或介质）互相接触，所采用的介质是钢球、钢棒、砾石或矿块等。但有的机械是同时兼有碎矿与磨矿作用，如自磨机。∮5。5×1。8米自磨机处理矿石粒度上限可达350—400毫米，产品细度可达—200目占40%左右。
根据破碎方式、机械的构造特征（动作原理）来划分的，大体上分为六类。
（1）鄂式破碎机（老虎口）。破碎作用是靠可动鄂板周期性地压向固定鄂板，将夹在其中的矿块压碎。
（2）圆锥破碎机.矿块处于内外两圆锥之间，外圆锥固定，内圆锥作偏心摆动，将夹在其中的矿块压碎或折断。
（3）辊式破碎机。矿块在两个相向旋转的圆辊夹缝中，主要受到连续的压碎作用，但也带有磨剥作用，齿形辊面还有劈碎作用。
（4）冲击式破碎机。矿块受到快速回转的运动部件的冲击作用而被击碎。属于这一类的又可分为：锤碎机；笼式破碎机；反击式破碎机。
（5）磨矿机。矿石在旋转的圆筒内受到磨矿介质（钢球、钢棒、砾石或矿块）的冲击与研磨作用而被粉碎。
（6）其他类型的破碎磨矿机
A辊磨机：借转动的辊子将物料碾碎。
B、盘磨机：利用垂直轴或水平轴的圆盘转动作为破碎部件。
C、离心磨矿机。利用高速旋转部件和介质产生产离心力来完成破碎作用。
D、振动磨矿机。利用转轴产生高频率的振动，使介质与物料互相碰击而完成破碎作用。
各类破碎机破碎机有不同的规格，不同的使用范围。目前，选厂粗碎多用鄂式破碎机或旋回圆锥破碎机；中碎采用标准型圆锥破碎机；细碎采用短头型圆锥破碎机。粗磨用棒磨机、细磨用球磨机。
表面科学与工程表面磨损的分类
 因为磨损是一个十分复杂的微观动态过程，所以磨损的分类方法也很多，最常见的磨损分类方法是按磨损机理来分类。通常为人们接受的四种基本磨损机理是：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。而微动磨损由于它自身的特殊性，往往也作为一种磨损类型来进行研究。表1列出了它们在磨损过程的典型特点和特征。
       这里需要着重指出：
       1、影响磨损机理的因素非常多而复杂。如工作条件（载荷、速度、运动方式等）、环境因素（温度、湿度、介质、润滑条件等）以及零件材料的成分、组织和工作表面的物理、化学、机械性能等，其中每一个因素稍有变化都可使磨损量和磨损机理发生变化。
       2、在实际工况下，材料的磨损往往不只是一种机理在起作用，可能是几种机理同时存在。只是在一定条件下，某一种机理起主要作用。当条件发生变化时，可能从一种机理为主转变为另一种机理为主。
表1      磨损的基本类型

磨损类型
磨损过程特点
磨损表面特征
磨料磨损
一个凸起的硬表面和另一表面接触，或者在两个摩擦表面之间存在或嵌有硬颗粒，在相对运动过程中导致的材料转移
锥刺、鳞尾、麻点
粘着磨损
摩擦面相对滑动时，固相焊合点撕裂、断裂导致的材料迁移或损耗
擦伤、沟纹、条痕
疲劳磨损
由于交变接触应力的作用而使材料表面出现麻点或脱落的表面材料损耗现象
裂纹、点蚀
腐蚀磨损
在磨损和腐蚀交变作用下，所导致的材料损耗或去除的过程
反应产物：膜、微粒
微动磨损
两个表面之间由于很小振幅的相对振动产生的磨损称为微动磨损
氧化物颗粒
表面科学与工程表面磨料磨损的定义和分类      
磨料磨损也称为磨粒磨损，是指外界硬颗粒或硬表面的粗糙峰在载荷作用下，嵌入摩擦表面，在相互接触和作用过程中，使表面材料产生损耗的现象。它的特征是摩擦表面沿滑动方向存在刻痕。
磨料磨损是最普遍的磨损形式，据统计，磨料磨损造成的损失占整个磨损损失的一半左右。磨料磨损在许多机械设备中都能遇到，如挖掘机、采煤机、破碎机、运输机、渣浆泵等。有些是机件与岩石、矿物、泥沙等直接接触，有些是硬的砂粒、尘土或磨屑落人两接触表面之间，造成不同程度和类型的磨料磨损。
磨料磨损所涉及的影响因素和种类繁多，因此其分类方法也很多，最常见的几种分类方法和类型，如表1所示。
表1          磨料磨损的分类

分类法
类    型
说    明
举    例
以磨料固定形式来分类

自由磨料磨损
磨粒自动松散与零件表面接触，磨粒可以在表面滑动或滚动，磨料之间也有相对运动
犁铧、刮板输送机溜槽
固定磨料磨损
磨料固定，并和零件表面作相对滑动
采煤机截齿、挖掘机斗齿
以磨损接触物体表面来分类
两体磨料磨损
磨料与一个零件表面接触，磨料为一物体，零件表面为另一物体
犁铧、水轮机轮叶
三体磨料磨损
磨料介于两滑动表面之间
滑动轴承间落入磨粒
磨粒介于两滚动表面之间
齿轮、车轮间落入磨粒

以力的作用特点分类
低应力划伤式磨料磨损
磨粒作用于零件表面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微划伤
犁铧、刮板输送机溜槽
高应力划伤式磨料磨损
磨料与零件表面接触处的最大应力大于磨料的压溃强度
破碎式滚筒、球磨机衬板及磨球
凿削式磨料磨损
磨料对材料表面有高应力冲击式运动，能从材料表面凿下较大颗粒的磨屑
挖掘机斗齿、颚式破碎机齿板

以相对硬度分类
硬磨料磨损
当磨料的硬度大于材料表面的硬度时，磨损量较大
一般钢材受石英砂的磨损
软磨料磨损
当磨料的硬度比材料表面硬度低时，磨损量急剧下降，耐磨性迅速提高
如煤或其他软矿石对钢零件的磨损
以磨料的干、湿状态分类
干磨料磨损
磨料是干的
球磨机磨干料
湿磨料磨损
磨料中含有水分，有加速磨损作用
球磨机磨湿料
流体磨料磨损
气体或液体带着磨料冲刷零件表面，称为冲蚀磨损
水轮机、泥浆泵、风扇式磨煤机

以工作环境分类
一般磨料磨损
一般正常条件下的磨料磨损
上述各机械及零件
腐蚀磨料磨损
在腐蚀介质中的磨料磨损，腐蚀加速了磨料磨损的速度
如含硫或有水介质中工作的煤矿、选矿及化工机械等
热磨料磨损
在高温下的磨料磨损，高温和氧化加速了磨损
燃烧炉中的炉箅、沸腾炉及粉煤锅炉中的管道及零件