對金屬耐磨材料而言,硬度和韌性是相互矛盾的,為了提高其耐磨性,不可能無限制地提高硬度,因此,科研工作者又通過復(fù)合材料、改變結(jié)構(gòu)形式、改變結(jié)晶狀態(tài)等措施,保持金屬耐磨材料在硬度不變的前提下提高韌性,或在韌性不變的前提下提高硬度,進(jìn)一步提高其耐磨性。
1 復(fù)合材料
以鑄造方法,將不同性質(zhì)的材料鑄成一體,將軟基材料的高韌性和抗磨層材料的高硬度有機結(jié)合,充分發(fā)揮各自特長。
1.1 雙液法雙金屬復(fù)合材料 采用兩種液態(tài)金屬依次澆注鑄造成型。典型的雙液法雙金屬復(fù)合材料為:鑄鋼基體+高鉻鑄鐵抗磨層。典型產(chǎn)品為破碎機復(fù)合錘頭。由于雙金屬是冶金結(jié)合,既解決了沖擊負(fù)荷大易斷裂的難題,又保證了錘頭的長使用壽命。Magotteaux公司最早推出雙金屬錘頭,目前國內(nèi)也有多家成功制造和投入使用,效果很好。
曾經(jīng)廣泛采用的分別澆注鑄造成型方法,即鑄鋼錘柄澆注成型后,經(jīng)表面處理,再澆注高鉻鑄鐵頭部,由于雙金屬是機械結(jié)合,使用中難免出現(xiàn)斷裂情況,可靠性不高,故基本被淘汰,現(xiàn)僅在小錘頭上應(yīng)用。
1.2 鑲鑄合金復(fù)合材料
采用鑲鑄工藝用軟基材料將抗磨材料包裹澆鑄成型。典型的鑲鑄合金復(fù)合材料為硬質(zhì)合金鑲鑄在高錳鋼中,典型產(chǎn)品為單段錘破大錘頭—大金牙。依靠硬度HRC>70的鎢鈦合金提高錘頭的抗磨性。
1.3 鑄滲陶瓷復(fù)合材料
采用鑄滲工藝將金屬陶瓷顆粒均勻地分布在易損件的工作面。典型產(chǎn)品為Magotteaux公司X-win金屬基陶瓷復(fù)合材料磨輥和磨盤:將陶瓷顆粒均勻地分布在高鉻鑄鐵的蜂巢狀結(jié)構(gòu)中。由于陶瓷的硬度Hv2100,遠(yuǎn)高于其它材料的硬度(石英Hv~1800,NihardⅣ和高鉻鑄鐵Hv<900,熟料Hv~550),因此使用壽命比Nihard Ⅳ和高鉻鑄鐵提高1倍以上。
2 改變易損件結(jié)構(gòu)型式
這是一種簡單易行且可靠的提高耐磨性的方法。典型案例如下:
2.1雙金屬復(fù)合磨輥
在塑性鑄鐵(HB320)上,以機械方式鑲嵌燕尾槽的高鉻鑄鐵塊(Cr≥16%,HRC≥64)。同樣材質(zhì)的高鉻鑄鐵鑲嵌塊比整體鑄造的磨輥硬度高,耐磨性更好。塑性鑄鐵對立磨運行中產(chǎn)生的各種應(yīng)力的擴散有非常好的阻礙作用,即使金屬異物使鑲嵌塊產(chǎn)生裂紋,也難以向內(nèi)部擴展。設(shè)備運行更可靠。鑲嵌塊之間的塑性鑄鐵磨損快,形成小凹槽,增加了對物料的咬合力,可提高粉磨效率。
2.2 “三合一”組合錘頭
用于破碎熟料的PCX細(xì)碎機錘頭,采用超高鉻鑄鐵(Cr≥20%,HRC≥62)仍嫌耐磨性不足,為了進(jìn)一步提高錘頭的抗磨性,將鈷基硬質(zhì)合金(HRC75)釬焊在托塊上,超高鉻鑄鐵錘頭抵抗物料沖擊,硬質(zhì)合金抵抗磨損,結(jié)構(gòu)鋼錘架起支撐作用,構(gòu)成“三合一”組合錘頭,使整體錘頭的使用壽命大幅度提高,且更換方便和降低使用成本。
2.3 插柄錘頭
采用超高鉻鑄鐵整體鑄造的錘頭,軸孔處易斷裂。錘頭磨損1/4即需更換,3/4都浪費了。將錘頭軸孔部位設(shè)計為插柄,用可調(diào)節(jié)長度的活塊和插銷固定錘頭,在磨損1/4后,調(diào)整活塊位置,錘頭即自然延伸25mm左右,大大延長了錘頭的使用壽命,降低了用戶的生產(chǎn)成本。
2.4 改變襯板結(jié)構(gòu)型式
① 溝槽襯板。在襯板表面設(shè)計出與鋼球直徑相關(guān)的環(huán)形溝槽,溝槽中始終有層料墊,減緩了鋼球?qū)σr板的直接沖擊,同時減少了球和襯板的磨損,同樣材質(zhì)的溝槽襯板比階梯襯板更耐磨。
② 烘干原料磨中烘干倉與球倉之間的隔倉板,采用高錳鋼制作,易產(chǎn)生凸起變形且壽命短,采用合金鋼制作,非常容易斷裂。如果將隔倉板分成多圈、小塊、加厚制作,并且增加支架的剛度,即可避免斷裂,耐磨性問題自然解決。
綜上所述,沒有萬能的耐磨材料,關(guān)鍵是要正確分析易損件的使用工況條件及其磨損機理,了解各種耐磨材料的性能指標(biāo),再從經(jīng)濟性、可靠性等方面綜合考慮,合理選擇與應(yīng)用。應(yīng)該拓展耐磨材料的研究范疇,將金屬材料與非金屬材料,鑄造、熱處理與焊接工藝,材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計,以及電磁場、納米技術(shù)等,結(jié)合起來研究,開創(chuàng)耐磨材料的新天地。
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