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新型耐磨材料的研制与发展趋势

时间:2015-10-31返回列表

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设备磨损是我国金属材料的主要消耗源,粗略统计,每年钢材磨损消耗有几百万t,造成的经济损失也是一个天文数字。按消耗量从多到少依次有球磨机磨球磨损消耗,轧辊消耗,各种破碎机衬板消耗,各种工程机械、输送管道、破碎机锤头和颚板消耗等。因此,如何减少钢材消耗,并提高耐磨钢的耐磨性能是当前重要任务。

耐磨材料

一、新型耐磨材料的研制

目前行业对耐磨材料有两个基本要求:其一,硬度高,耐磨性好;第二,有一定的冲击韧性,在使用过程中不致破损、断裂。所以,耐磨材料发展趋势就是材料的耐磨相硬度高、耐磨相形态好、界面强度高、基体强韧好。世界各国对耐磨材料的研究,都是在普通碳钢和白口铸铁的基础上,沿着提高硬度、提高耐磨性与提高冲击韧性的方向发展起来的。

1、锰钢系列的改进

提高锰钢的应用范围,主要有三条途径,一是高锰钢的再合金化,以增加屈服强度,使它有较大的抗变形能力;二是改变高锰钢的Mn/C比,降低奥氏体稳定性,以使其在较小的诱发应力下就可以诱发马氏体相变,得到较高的表面硬度;三是生产工艺的改进,采取细晶粒强化、沉淀硬化、爆炸硬化等。以上这些措施使高锰钢扩大了它的合理使用范围。

2、新型低合金耐磨钢的研制

人们了解高锰钢的缺点后,各个材料研究机构都致力于低合金钢的开发,从而形成一个庞大的系列。虽然种类很多,但一般都是采用低含量的多元合金综合强化得到马氏体(或贝氏体)组织,可以在一定范围内控制它的硬度与韧性的匹配关系,在激烈的冲击下也可以得到明显的冷作硬化。由于初始硬度高,在中低冲击力下也有很好的耐磨性,并且它的工艺性能也好。采用微量元素变质和针对性热处理工艺后,它的韧性可以更进一步的提高。

3、镍硬铸铁

镍硬铸铁中的碳化物呈网状分布,对基体割裂大,韧性低,只适用于制造承受较小冲击载荷的铸件。镍硬铸铁抗磨损性能远优于硬度相同或略高的耐磨钢和普通白口铸铁,而且无需高温热处理,只需经过200~320℃较长时间的回火即可使用。镍硬铸铁的高温抗磨能力也很优异,甚至在红热状态下也能较好地抵抗磨料磨损。这主要归功于高温下该材料仍能保持一定的硬度。一般可用作820℃以下的高温抗磨材料。但是,反复的过度温度骤变或局部的热冲击会导致零件快速失效。

4、低铬白口铸铁

由于国内镍资源较少,价格较贵,镍硬铸铁在国内主要应用于制造冶金轧辊,对于一般耐磨件则应用较少。经过不懈努力,行业研究成功了一系列适合我国国情的低合金白口铸铁。如低铬白口铸铁、锰白口铸铁、铬锰白口铸铁等。其中,低铬白口铸铁具有优良的性能和较低廉的价格,获得了广泛的应用。在我国水泥、矿山、煤炭、火电及耐火材料等行业都有选用低铬铸铁作为研磨体。

5、高铬铸铁

高铬铸铁碳化物显微硬度高,另外由于含有较多的铬等元素,耐热性较好,高温抗氧化性好,高温硬度高,高温耐磨性也很高。所以,高铬铸铁不但用来制作衬板、磨球、破碎机锤头、打击板、抛丸机叶片及输送辊等一般耐磨件,还被用来制作烧结机的台车篦条、机尾保护帽、热轧轧辊及高炉炉顶耐磨备件等耐热、耐磨零件。由于具有一定耐蚀性,也用于杂质泵、湿磨衬板、磨球等耐腐蚀、耐磨部件。耐磨性比高锰钢和低合金钢提高几倍或十几倍,比镍硬铸铁和低铬铸铁也成倍提高。加入少量的钒、钛、或提高钼量,均有利于提高高铬铸铁的耐磨性,主要是因为这些元素形成的碳化物比铬的碳化物具有更高的显微硬度。

6、耐磨硬质合金

在超硬材料领域里,硬质合金不仅用于制造刀具、量具,而且已经用于耐磨零件的生产。假如我们在选定合金的特性和使用要求之间能达到优化匹配,则硬质合金在各种使用场合都会显示出较为优良的性能。因为人们知道:没有一种金属能在每项性能要求上都具备较高值。所以必须首先确定哪些性能是需要的,然后加以权衡取舍,以求较好地满足使用需要。

选择硬质合金要考虑很多因素,如:韧性、抗腐蚀和抗冲击性、耐磨性和抗磨粒磨损特性、应考虑的设计参数、作用载荷和应力等。这些考虑都要归结到对硬质合金基本的要求,如碳化钨颗粒大小,粘结剂合金的百分比,添加的其它元素的多少等都要仔细计算,以求得较好配伍和结果。通过仔细调整硬质合金颗粒大小,可以使抗冲击抗磨损和韧性等各项性能,取得好的平衡。

耐磨硬质合金的制造采用粉末冶金法,能显著地减少空洞。针对耐磨零件的各种应用情况,来选择适当的硬质合金,需要考虑很多变量和条件,而对于每一种应用情况,都要进行仔细评估,并逐个地优化配方,使之在硬度、强度、韧性、抗磨性和抗腐蚀性能等各个方面,达到恰当的平衡。

7、高钒高速钢新型耐磨材料

与高铬铸铁相比,高钒高速钢的碳化物以MC(HV2600左右)型为主,硬度更高,抗磨性更好,并且呈点状、团球状或团块状分布,对基体的割裂更小,韧性也有所提高。粉磨行业是巨大的耐磨材料使用领域,如能将高速钢应用于磨料磨损和冲击磨损工况条件下的重要耐磨件,将有很大的市场发展空间。同时,随着破磨设备向高效、大型、节能的方向发展,新型高效超细破碎机的研制与应用,对耐磨材料提出了更高的要求,原有的高铬铸铁耐磨件的耐磨性明显不足,需要更高耐磨性的材料,而高钒高速钢则是新型耐磨材料的一个重要发展方向。

耐磨材料

二、发展趋势

近年来,随着国家制造业的快速发展,对优质耐磨钢的需求逐渐上升,但是国内只有极少量能够生产此类钢的企业,高质量的耐磨钢仍依赖进口。随着钢铁行业结构的进一步调整,很多中厚板生产线都引进了热处理生产线,生产高附加值的耐磨钢将是今后的研发重点。较优高强耐磨钢板的研究开发、技术进步及产业化意义重大,对耐磨材料产业的发展非常有益。

随着国内钢铁企业中厚板技术装备水平的提高,低合金高强度耐磨钢的开发和应用已越来越成熟,耐磨钢生产逐步系列化、标准化。且随着工艺的不断成熟及质量控制水平的提升,调质耐磨钢板市场竞争必将愈来愈激烈,国产耐磨钢板替代进口产品已成为不可逆转的行业趋势。

随着国内矿山、水泥、工程机械、车辆运输等行业的不断发展,相关设备轻量化、耐用性等方面的需求日益增强,加速推进了耐磨材料的更新换代,对调质型耐磨钢板的需求稳步提升。在国内钢铁行业持续低迷的大背景下,调质型耐磨钢板成为钢铁企业新的利润增长点。

新型耐磨材料的研究与发展对解决矿山、钢铁、化工、水泥等重工行业设备的磨损起到很大的作用。耐磨材料性能的提升标志着耐磨件的进步,可大幅度提高重工设备的使用寿命,减少维修和更换耐磨件频率,更重要的是可以为企业节约生产成本。红星厂家生产的颚式破碎机反击式破碎机锤式破碎机球磨机等均采用以上新型耐磨材料,如有需要,欢迎拨打0371-67772626咨询详情。

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