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耐磨材料范文1
關鍵詞：泥沙； 彎管；磨損；fluent；耐磨材料；數值模擬
1 引 言
我國幅員遼闊，擁有眾多江河湖庫，其河道和港口碼頭的淤積非常嚴重，因此對于清淤疏浚工程船的需求量極高。同時，隨著海運和內河水運的發展，船舶的噸位和數量越來越大，使其相應的碼頭、航道都要進行與之相對應的升級，以滿足通航的需求，因此要對疏浚船的要求越來越高，以便更高效的快捷的完成相應的疏浚工程。
隨著國內疏浚行業的快速發展，挖泥船疏浚管路的耐磨性能日益受到關注，而與之配套的耐磨材料如HARDOX 400、JFE-EH400、堆焊鋼管（如信鉻鋼）、雙套管、鑄造合金管等均已逐步在挖泥船疏浚管路上推廣與應用。為進一步提高疏浚管路的耐磨性能，增加耐磨材料的有效利用率，現對挖泥船艏吹管系的部分管路建立數學模型，運用 fluent軟件模擬仿真分析，揭示疏浚管路的磨損規律。
目前，在對彎管的磨損研究上，國外有Arvind Kumar等人[1]利用Fluent軟件模擬體積濃度為16.28%的石英砂在一個90度的彎管，以不同的速度沖擊的磨損變形，并與實驗結果做了比較，得出CFD模擬結果與實驗結果相當吻合；Dr. Ehab Elsaadawy等人[2]利用Fluent DPM模型研究了運輸天然氣管道在不同的彎道處、不同速度下的磨損侵蝕率，得出了一些較為經典的結論。國內的張慧君等人[3] 利用Fluent 軟件對90 °彎管分別取3 種不同管徑、8 種彎徑比，進行了液固兩相流流場的數值模擬，得到湍流狀態下管內流體的速度分布，通過二次開發將磨損模型嵌入到Fluent 軟件中，實現了對彎管部位的磨損預測；宗營營等人[4] 利用Fluent軟件對煤風管道內氣-固兩相流進行模擬仿真，觀察固體顆粒運動軌跡，對管道內沖蝕磨損進行研究分析，發現燃燒器設計的不合理因素，對煤粉燃燒器結構改進和相關參數優化有一定指導意義。
2 泥沙兩相流理論模型
對于泥沙流，采用Ansys12.0中Fluent模塊內新增模型 Eulerian + Dense Discrete Phase Model（DDPM）對高濃度泥沙兩相流進行數值模擬，該模型兼顧了Eulerian Model 對兩相流模擬的優點并克服了傳統DPM模型只能對低體積分數進行模擬的弊端，能很好的模擬相間的相互作用，同時也能模擬顆粒的運動軌跡。由于泥沙在實際運輸的過程中的體積分數高達40%，并且泥沙的存在對液相的流動存在一定的影響，尤其是在彎管處的影響更為顯著，所以采用Eulerian + DDPM模型對泥沙兩相流動研究較傳統單獨采用Eulerian雙流體模型研究更具有優越性。
2.1 流體連續相控制方程
2.3 磨損方程
3.2 網格劃分
用ICEM CFD軟件對模型進行結構網格劃分，創建有限元模型，為提高邊界層的計算精度，在靠近泥管壁附近區域，沿半徑方向采用漸進距離網格進行離散，其模型網格單元總數量：239768。其交接處結構網格與截面網格形式如圖2所示。
3.3 邊界條件和初始條件
使用fluent軟件內的Eulerian與DDPM模型，湍流計算采用k-εRNG模型；入口處采用速度邊界條件，因大出口有閥門控制處于關閉狀態，故設為無滑移固壁條件；小出口設置為自由出流（outflow），壁面采用無滑移固壁條件，并使用標準壁面函數法確定固壁附近的流動。
3.4 數值模擬結果
3.4.1 速度分布
分析圖3可知，液相與粒子固相的速度分布很相似，僅是在速度出口處有明顯不同。
兩者速度均在管道彎壁內側出現明顯增大，相接處達到最大。
從圖4a可以看出：在入口直管段壁面附近，粒子速度分布相對均勻，流經彎管時，由于流向發生改變，粒子速度分布發生很大變化。圖4a、圖4b、圖4d均顯示在內拱壁面，粒子速度在彎管起始位置先增加而后又明顯降低；在外拱壁面，粒子速度在彎管起始位置先降低而后又增加。這是因為粒子流經彎管時，在內拱壁彎管處，流體運動方向背離壁面，動能損失較少，且受重力和離心力所用，此處粒子數量少，壓力也小，從而引起液相和粒子速度都明顯增大，而后隨著離心力的減弱，粒子速度隨之降低；在外拱壁彎管處，流體沖擊角度很大，動能損失嚴重，速度大大降低，其粒子速度也減小。
從圖4c分析知：在岔口處，流域增大，受分岔管壁長時間泥沙的堆積影響，減緩了粒子運動速度。從圖4d知，由于開口直徑的減少，在同等壓強下，必然會使粒子速度增加。
3.4.2 沖擊磨損分析
由圖5為粒子磨損速率云圖的對比，相對于粒子對管道的磨損，管道中的液相對管道的磨損非常小，可以忽略。故粒子是造成磨損的主要原因，所以可僅對粒子進行相關的分析。由公式（6） 可以看出磨損主要受粒子數量、粒子速度和沖擊角度等影響。
由圖5b分析知：因采用的是面源噴射模型，在其入口處容易造成粒子對管壁固體顆粒對彎管部磨損較為嚴重。在入口直管段，流體端動程度較小，粒子分布均勻，使其造成的沖擊磨損緩慢變小。因此處彎管是沿空間斜向上方向延伸，粒子進入到彎管之后，在內拱壁，速度增大，但磨損降低。其原因一是由于受慣性力作用，彎管內拱壁粒子較少；二是大多數粒子的沖擊角度較低，接近內壁切線 ，對壁面造成不了沖擊，所以磨損較小。而在外拱壁，雖然粒子速度有降低，但粒子累計沖擊數量較大，接觸面積廣，沖擊角度較大，磨損明顯增大；同時彎管背向延伸，使其磨損區域擴大。
由圖5c分析知：對于形狀類似的第二彎壁，必然會產生類似的磨損效果；同時由于受到管路扭轉角度的影響，使其出口粒子在慣性力與離心力的作用下與直管壁產生角度沖擊。
由圖5d分析知：第三彎壁處同前面分析的彎壁表現出不同的磨損變化，因出口管路徑向縮小，壓強增大，速率增加，一方面必然會導致出口磨損加大，另一方面使其磨損在頸縮處大范圍出現。
對于岔口處彎壁來說，由圖5a可以明顯看出，因其粒子在此堆積，內壁處受來流的來回沖擊，磨損在岔口內壁是最嚴重的，而岔口的背壁， 主要是此處流域變大，使其磨損處較內壁較輕。
4 結 論
（1）利用Fluent 軟件，采用Eulerian + Dense Discrete Phase Model（DDPM）模塊和磨損模塊可實現泥沙液固兩相流在管道內的流場模擬。同時，利用流場計算結果及磨損模型，可預測磨損區域及磨損速率進而優化耐磨管路的布置，提高耐磨材料利用率。
（2）通過計算發現，磨損嚴重區域為彎管區的外拱壁處，說明顆粒的存在對彎管壁面的剪切應力分布影響最大，同時，該處受沖擊影響較深，受力也較大，處于危險區域，此處耐磨性能要求高，需采用耐磨性能相對最高的耐磨材料，并進行局部加厚處理，以提高管路的整體使用壽命，避免因局部磨穿而造成的整根泥管報廢。
（ 3 ） 利用本文方法可對疏浚管系進行分析計算，以考慮、不同流體輸送條件如溫度、速度、固含量等因素的影響，得到適用于具體工況條件的合理的管路尺寸、耐磨材料選擇。
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耐磨材料范文2
【關鍵詞】 耐磨耐火材料 損壞原因 防范措施
循環流化床鍋爐內部耐磨耐火材料結構，在鍋爐運行過程中起到非常關鍵的作用。隨著循環流化床鍋爐的快速普及和大型化的發展需求，對循環流化床鍋爐耐磨耐火材料結構使用的可靠性提出了更高的要求。目前投運的循環流化床鍋爐，因耐磨耐火材料損壞原因而造成鍋爐的故障已經嚴重地影響到了鍋爐的長周期經濟運行。因此充分認識循環流化床鍋爐耐磨耐火材料損壞機理，提高循環流化床鍋爐耐磨耐火材料的使用壽命，是目前設計單位、材料生產單位、施工單位及使用單位共同關心的問題，也是今后循環流化床鍋爐大型化所要重點關注的課題。
1 耐磨耐火材料的使用部位
循環流化床鍋爐的磨損通常發生在固體物料濃度較高、流場復雜的湍流區、渦流區以及與煙氣運動方向垂直的受熱面等部位，因此通常在以下部位采用耐火耐磨材料：點火風道；風室；布風板表面；燃燒室下部錐段；爐內屏式受熱面底部；爐膛煙氣出口；分離器；回料裝置等部位。
2 耐火耐磨材料損壞機理分析
循環流化床鍋爐大多采用熱值低、含硫量較高的劣質煤種，灰分濃度大、流速高，溫度變化頻繁，造成循環熱沖擊，此外爐內有大量高速運動的高溫固體物料，需要用大量的耐火材料進行保護鍋爐受熱面，防止受熱面磨損泄漏，因此耐火防磨材料都處在鍋爐運行最惡劣的環境中。通常耐火材料的失效有以下三個方面的原因：耐火材料的剝落、耐火材料的沖刷磨損、耐火材料的化學侵蝕。
2.1 耐火耐磨材料的剝落
耐火耐磨材料的剝落一般分為兩種：熱剝落（熱震剝落）、結構剝落。熱剝落是指由于熱沖擊或機械應力引起的材料損失。熱沖擊是指骨料與結合料由于膨脹系數不同在溫度循環波動時產生內應力從而破壞耐火材料層，熱沖擊會導致耐火材料襯里的大裂縫和剝落，而溫度快速變化造成的熱沖擊（如啟停爐操作不當）可使耐火材料內的應力超過抗拉強度而剝落；結構剝落是指材料經過長期的使用，組成和內部晶相結構發生變化，即使在小的溫差應力下就能使其表面的變質層剝落。
2.2 耐火耐磨材料的磨損
耐火耐磨材料的磨損是爐內的流體或固體顆粒以一定的速度和角度對材料表面進行沖擊所造成的磨損。
2.3 耐火耐磨材料的化學侵蝕
原煤中有害雜質，如硫、氮等在燃燒時產生的二氧化硫、氮氧化合物等酸性氣體對耐火防磨材料產生化學侵蝕以及因堿金屬的滲透造成的耐火材料漸衰失效、滲碳造成的耐火材料變質破壞、抓固釘失效造成的耐火材料層脫落等。
3 耐火耐磨材料運行中暴露的主要問題
（1）新爐使用不長就出現嚴重磨損現象，壁面上出現凹坑，埋下事故隱患。循環流化床鍋爐由于結構不同，其選用的耐火材料品種繁多，針對循環流化床鍋爐不同部位工作環境不一致，需要選用不同的耐火耐磨材料。
（2）旋風分離器頂部澆注料裂紋竄火，燒毀爪釘，造成澆注料大面積脫落，進入到返料器，造成返料中止，鍋爐負荷降低而停爐。
（3）施工不良，收縮縫處理不好，造成護板燒紅損壞或澆注料脫落導致被迫停爐。
（4）燃燒室下部處于鍋爐密相區，爐膛中心氣流上升而四周因壁面摩擦和粘滯，使粉塵或顆粒失速下滑而對上澆注料造成磨損，甚至大面積脫落，造成鍋爐流化不好，容易引起結焦而停爐。脫落的澆注料卡到放渣管口，造成鍋爐無法排渣，料位增高，影響鍋爐負荷。
（5）循環流化床鍋爐啟動過快或檢修時強制降溫，造成耐火層內溫度急劇變化，產生較大的熱應力，使耐火耐磨材料開裂脫落。
（6）鍋爐進煤口正處于鍋爐的密相區，工作條件極為惡劣，除受到原煤重力的作用外，還要受到風、煙、渣、灰的沖刷，該處的澆注料在惡劣的工況條件下，最容易造成澆注料失效。
（7）鍋爐出口水平煙道受到煙氣流的長期沖刷造成磨損或脫落，進入到返料器造成返料故障，影響鍋爐運行。
（8）屏式過熱器與爐膛結合面或屏式過熱器底部澆注料脫落，導致過熱器管磨損泄漏。
4 耐火耐磨材料損壞的原因分析
（1）耐磨材料的成分配比不符合要求。配比不合適會使耐磨材料的穩定性較差，表面硬度減弱，粘結力降低，導致耐磨材料極易磨損和脫落。
（2）澆注料施工工藝不良。施工時預留的膨脹縫不符合要求或膨脹縫設計存在問題等，因而在運行中極易出現耐磨材料大片脫落。
（3）設計結構不合理。如抓釘、拉磚鉤數量較少，施工澆注前沒有按要求對抓釘涂以瀝青，往往會造成耐磨料大面積脫落。
（4）沒有嚴格執行烘爐曲線，對烘爐過程缺乏有效監督，使澆注料強度達不到或者發生裂紋，造成運行中竄火發生脫落。
（5）耐火層鋼制外殼上沒有割排氣口，烘爐、煮爐或啟動時，蒸汽從內層排除受阻，造成耐火材料脫落或裂縫。
（6）運行操作不當。在鍋爐冷態啟動或停爐搶修時強制降溫，升溫冷卻時如果溫升較大，就會造成耐磨材料的受熱不均勻而產生裂紋甚至脫落。
（7）原煤中有害雜質，如硫、氮等在燃燒時產生的二氧化硫、氮氧化合物等酸性氣體對耐火防磨材料產生化學侵蝕以及因堿金屬的滲透，造成耐火耐磨材料的損壞。
（8）爐膛飛灰濃度越高，對鍋爐的磨損就越強烈，飛灰中多硬性物質（殘炭）、粗大顆粒的棱角會加速對耐火耐磨材料的磨損。
5 耐火耐磨材料損壞的防范措施
5.1 把好材料關
循環流化床鍋爐的耐火耐磨材料，并不是一般意義上的耐火材料，它有較高的特殊性能指標要求。目前生產耐火材料的廠家很多，但真正具有獨立開發能力，具有規模生產能力，具有實驗和檢驗設備和手段的廠家并不多，很多耐火材料不能滿足循環流化床鍋爐的耐火耐磨襯里的特殊需要。特別是在大型循環流化床鍋爐耐磨耐火材料材料的選擇上，一定要把好材料關，合格的材料是保證鍋爐長周期運行的基礎保證。
5.2 把好施工關
好的材料還需好的施工隊伍來完成施工。過去由于材料的生產廠家和施工單位脫節，工程中出現的問題責任不清。原因是材料生產廠家不清楚鍋爐的結構和特殊使用要求，施工單位不理解材料的實際使用條件和性能，另外，材料生產廠家為了技術保密的需要，在技術上有所保留，在工程中留下隱患。在施工隊伍選擇上，應選擇有一定專業施工能力，具有循環流化床鍋爐專業的高級技術管理人員的企業。目前普遍大家形成一種共識，就是在循環流化床鍋爐耐火耐磨工程發包過程中，選擇即有材料生產能力又有現場施工能力和現場實際經驗的大型優秀企業，是保證循環流化床鍋爐耐火耐磨工程質量的前提條件
5.3 把好設計關
對于新建和擴建企業，在設計初期，應作好前期的圖紙會審工作。由于循環流化床鍋耐火耐磨襯里的特殊性和復雜性，在前期設計過程中應和材料生產廠家取得聯系，根據廠家材料的使用性能，有針對性的進行共同設計，避免在現場施工過程中的盲目修改。
5.4 把好運行關
在新建和擴建企業鍋爐機組的調試、試運和投產過程中，應加強環流化床鍋爐耐火耐磨襯里方面的技術培訓工作，增強操作人員對流化床鍋耐火耐磨襯里的保護意識。防止鍋爐機組在調試、試運和投產過程中，對循環流化床鍋爐耐火耐磨襯里造成損壞。應增加必要的觀察和監測手段，以防止超溫和火焰直接沖刷耐火耐磨襯里材料。
5.5 把好合作關
循環流化床鍋爐耐火耐磨襯里的總體質量及使用期限，涉及到很多方面。因此，為了保證循環流化床鍋爐耐火耐磨襯里的長周期安全使用，需要多方面的共同努力。在循環流化床鍋爐耐火耐磨襯里工程施工和投運過程中，設計、材料、施工及運行方面的積極主動配合，是提高環流化床鍋爐耐火耐磨襯里結構長周期安全運行的有利保證。
6 結語
鍋爐的安全可靠運行在很大程度上取決于耐火耐磨材料的穩定性，因此必須高度重視，科學合理地根據部位選用耐火耐磨材料，嚴格施工工藝，保證安裝質量，全程監督烘爐，嚴格執行鍋爐運行規程加強運行管理工作，才能保證循環流化床鍋爐的長期安全平穩運行。
耐磨材料范文3
關鍵詞：陶瓷材料；耐磨性能；顯微結構
1 引言
近年來，先進結構陶瓷材料由于具有耐高溫、抗氧化、優良的耐磨性能、低的膨脹系數以及耐腐蝕等優點而受到各國科研工作者廣泛的關注，并且在一些工業領域已經獲得了實際的應用，如剛玉瓷、氮化硅、氮化硼等，由于其具有較高的硬度以及良好的耐磨性能而在工業化生產用作磨具[1，2]。隨著工業的飛速發展、燒結方式的優化、原料純度的提高，人們趨向于改善傳統陶瓷材料所固有的脆性的問題，使得先進結構陶瓷材料能夠有更為廣闊的發展空間。
將陶瓷用作耐磨材料是最近幾十年才發展起來的，在20世紀八十年代，漸漸的出現一些如硼化物、碳化物以及氮化物之類的耐磨的陶瓷材料[3-6]，隨后各國都投入大量的資源開始了研究，由于其發展較晚，所以對于陶瓷材料的耐磨損的機理也大多參照了金屬材料，許多的研究者對陶瓷材料的磨損建立了模型[7-13]，提出了不同的磨損機理，但總的來說，影響陶瓷材料耐磨性能的因素主要有兩方面：其一，材料本身的組織結構；其二，外部因素，諸如載荷、溫度以及氣氛等。本文主要從陶瓷材料本身出發，對陶瓷材料的耐磨機理進行了總結。
2 陶瓷材料耐磨性機理的研究
2.1力學性能對陶瓷材料耐磨性能的影響
在早期研究陶瓷材料的耐磨性能時，對比于金屬材料，人們認為陶瓷材料的硬度跟磨損有很大的關系，但后來發現，陶瓷的硬度和磨損的關系并不是那么的明顯，例如氧化鋁陶瓷的硬度要高于TZP陶瓷[14，15]，但是耐磨性能并不一定高于TZP陶瓷，雖然硬度在一定的程度上能夠反映晶界的結合強度，但是磨損最終是由于材料脫離磨損表面而形成的，所以陶瓷材料的硬度不再作為衡量磨損的一個預見性的指標。也有研究報道，陶瓷材料的脆性直接影響磨損率，并且構建了陶瓷脆性斷裂的模型，并且推導出了一些公式，Evans等[7]認為陶瓷的磨損率符合以下關系式V=α?■E/H■?L，式中：V-磨損體積；W-載荷；KIC-斷裂韌性；H-硬度；α-與材料有關的系數；E-彈性模量；L-滑行距離；從式中可以看出，隨著材料斷裂韌性的和硬度的提高，陶瓷的磨損率逐漸的降低，耐磨性越好。Fischer[16] 通過對氧化鋯陶瓷材料耐磨性的影響的研究發現，陶瓷的磨損率跟斷裂韌性呈現出一定的線性關系，他們的關系滿足Wr=c?K■■，式中：Wr-磨損體積；KIC-斷裂韌性；c-常數；這些研究表明陶瓷的斷裂韌性越好，其耐磨性能也就越好。Wang等[17]通過對磨損狀態的分析認為存在以下的關系式：V=C?■?■，其中：V-磨損體積；C-經驗常數；P-載荷；D-滑行距離；σmax-滑行引起的最大切向應力；σD -陶瓷斷裂的臨界應力；Hv-顯微硬度。這表明陶瓷的磨損還跟表面的應力狀態密切相關，陶瓷斷裂的R界應力越小，在相同的情況下，陶瓷的磨損變得更嚴重。
2.2陶瓷材料的顯微結構對耐磨性能的影響
陶瓷材料的微觀結構跟材料的宏觀性能有著極大的聯系，陶瓷材料的性能在很大程度上取決于其顯微組織，其顯微組織特征包括：晶相的種類，晶粒的大小、形態、取向和分布；位錯、晶界的狀況，玻璃相的形態和分布；氣孔的形態、大小、數量和分布；各種雜質、缺陷、裂紋存在的開式、大小、數量和分布；疇結構的狀態和分布等。陶瓷材料是晶粒和晶間組成的燒結體，耐磨性能跟材料的顯微結構有著很大的聯系，晶粒的大小，晶界相的組成，晶界上的應力的分布，氣孔等等一些因素均會影響到陶瓷材料的耐磨性能。
2.2.1晶粒的尺寸對陶瓷耐磨性能的影響
在金屬材料中，往往通過細化晶粒的強度從而來提高材料的力學性能，在工業化生產中，常常稱之為細晶強化，晶粒的粒徑越小，晶界的面積也就越大，晶界的分布也就會越曲折，這樣有效地增加了裂紋擴展的路徑，有助于分散材料內部的應力集中，有利于提高陶瓷材料的性能。對氧化鋁、氧化鋯陶瓷的耐磨性能研究發現[21，22]，當晶粒較小時，主要發生的是塑性變形和部分的穿晶斷裂，產生輕微的磨損，當晶粒的尺寸較大的時候，材料的內部發生的主要是沿晶斷裂，有大個的晶粒從材料的內部整體的拔出，產生嚴重磨損。
Yingjie he 等[23]通過研究四方氧化鋯中晶粒尺寸對滑動摩擦的影響發現，當晶粒的尺寸從1.5 μm減小到0.18 μm時，TZP陶瓷的耐磨性能提高了8倍。當晶粒的尺寸小于0.7 μm時，耐磨性和晶粒尺寸符合Hall-petch-type關系，即W-1∝G-1/2，其中：W―磨損量；G―晶粒的尺寸，這時磨損主要產生的是塑性變形和微裂紋的擴展，對于晶粒的尺寸超過0.9 μm時，隨著晶粒尺寸的增大，陶瓷的耐磨性能是逐漸降低的，此時的磨損機制主要是沿晶斷裂所造成的晶粒拔出，從而造成嚴重磨損。Lee等[18]研究Y-TZP陶瓷也發現，大晶粒的材料去除率高，減少晶粒的尺寸能夠提高陶瓷的耐磨性能。Wang等[24]研究也表明小晶粒的氧化鋁陶瓷比粗晶粒的氧化鋁陶瓷具有更高的抗磨損突變性能。Dogan等[25]指出：材料的缺陷隨著晶粒尺寸的增大而不斷的增大，大尺寸的缺陷造成在磨損的過程中材料的去除量增加，從而引發嚴重磨損，如圖所示，通過比較細晶材料和粗晶材料，細晶材料即便是發生多處的晶粒拔出的現象，在整體材料的去除量上也可能小于粗晶材料單個或者幾個晶粒的去除量，在整體上的表現就是粗晶材料的磨損率要高于細晶材料。
2.2.2 氣孔率對陶瓷耐磨性能的影響
陶瓷制品當中，氣孔對陶瓷的性能有著很重要的影響，氣孔相當于一種缺陷的存在，它會造成應力的集中，加速裂紋的擴展，降低晶粒之間的結合強度，嚴重影響陶瓷制品的力學性能。Tucci等[26]指出在摩擦力的作用下，氣孔之間可能會彼此連接起來形成裂紋源，加速材料的磨損。Wotton[27]發現，氣孔的存在會極大的降低陶瓷制品的耐磨性能。M.C.gui[28]研究發現在不同的載荷的情況下，陶瓷的磨損率并不一樣，在低載荷時，氣孔不會造成裂紋的擴展，而在高載荷的情況下，氣孔變得不穩定，會在氣孔處形成裂紋，并且還會導致裂紋的擴展，此時，制品會表現出極高的磨損率和較小的抗磨損突變性能，也有研究[29]表明在不同的載荷下，當氣孔率增加時，容易造成晶間斷裂，引發磨粒磨損，加速磨損的過程，如圖2所示。
2.2.3 晶界相以及晶間雜質的影響
陶瓷是由晶粒，晶界相和氣孔等組成，在燒結的過程中，加入到陶瓷當中的一些添加劑和一些雜質成分主要是以第二相或者玻璃相的形式存在于晶界上，他們的存在會對晶粒之間的結合強度造成一定的影響，在陶瓷摩擦磨損的過程中，裂紋很容易在晶界處產生，較低的晶界結合強度會造成在磨損過程中的沿晶斷裂，引起整片晶粒的拔出，造成嚴重磨損。
對氧化鋯的耐磨性能研究[30]中發現，在ZrO2陶瓷當中添加適量的CaO、MgO和SiO2能夠提高陶瓷的耐磨性能，這是由于在晶界處生成了第二相，能夠降低晶粒間的微觀應力，提高了晶界結合強度，降低了晶粒被整體拔出的幾率。對于氧化鋁陶瓷[31]來說，由于晶粒在各向異性生長時會在晶界處產生殘余的應力，當在其中加入稀土添加劑Sm2O3，有效的促進了晶界上第二相六鋁酸鈣的形成，降低了晶界處玻璃相的含量，有效的緩解由于熱膨脹系數不同而造成的晶界處的應力集中，增強了晶界結合強度，使得陶瓷的耐磨性能得到提高。L.esposito[32]研究了顯微結構對氧化鋁陶瓷耐磨性能的影響發現，第二相的組成和玻璃相的組成決定材料的磨損特性，細晶的氧化鋁陶瓷制品的磨損率受玻璃相的影響比粗晶的大，也有研究表明，熱壓燒結的陶瓷的磨損率比無壓燒結的耐磨性能要好得多，這是因為，第一方面，熱壓燒結有效地降低了陶瓷制品內部的氣孔率，其次，熱壓燒結能夠降低晶粒之間的微觀應力，有利于提高晶界結合強度，最終提高陶瓷的耐磨性能。多晶陶瓷的添加劑一般會以玻璃相的形式存在于陶瓷晶界上，在摩擦的過程，產生的高溫會降低玻璃的粘度，從而引發塑性變形，若鄰近的晶界的應力不能相適應則會引發晶界處的裂紋，引發嚴重磨損。
3 總結
由于陶瓷材料在工業領域表現出的卓越的性能，研究掌握影響陶瓷的耐磨性能的機理，使之更好的服務于現代化工業顯得尤為緊迫，各國的科研工作者已對此開始了廣泛的研究工作，但是由于材料的磨損機理在不同的工作環境下是不一樣的，對不同耐磨材料磨損的機制，磨損的失效緣由進行系統的分析，通過分析得出結論，然后構建材料耐磨性和材料組織結構性能之間的關系，深入剖析影響材料耐磨性能的機理，制備出性能優良的耐磨陶瓷材料，可以大大的減少磨損，有利于提高機械設備和零件的使用安全年限，具有非常重要的理論意義和巨大的社會效益。
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耐磨材料范文4
現行生產工藝有幾大類：
1）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合后（按一定比例）用油壓機或等靜壓壓制成工藝所需的形狀，用高于自熔性金屬合金熔點的溫度下，進行燒結；
2）將制備好的氧化物陶瓷顆粒與自熔性金屬合金粉末混合燒結，是利用自熔性金屬合金與氧元素結合能力的差異，將金屬從其氧化物中置換出來，形成氧化物陶瓷／鐵基耐磨復合材料；
3）將自熔性金屬合金熔液熔滲到陶瓷預制體多孔之中。上述方法只能生產小型復合材料塊，無法將復合材料復合到需要耐磨的部位，運用到礦山機械、粉碎設備上難度很大。此工藝經濟性稍差。
2研究方向
氧化物陶瓷鐵合金復合材料性能優良，但與大型結構件復合復合困難，制備過程比較復雜。雖然，現有工藝解決了一些問題，在制作單個氧化物陶瓷鐵合金復合材料上等研究取得了一定的進展，在實際應用領域但仍未開發出適合實際的產品。因此，需要研究開發出適合的新型制備工藝。我們主要研究方向是如何將復合材料復合到需要耐磨的部位，運用到礦山機械、粉碎設備上，重點在能降低成本、實現大規模生產進行研究探討。
3實施方法
1）合金耐磨預制件制成工藝：將氧化物陶瓷顆粒與自熔性合金粉末按比例用機械進行充分混合，依據用戶產品結構不同設計不同的模具，在油壓機下將合金耐磨預制件壓制制成特定形狀，如柱狀、條狀、塊狀、蜂窩狀等；
2）冶金工藝：將耐磨預制件置于用泡沫、塑料等高分子有機材料制作的實體模具內用真空冶金鑄造工藝進行復合鑄造。利用金屬母液的溫度將合金耐磨預制件燒制成型并與合金耐磨預制件形成冶金結合面。該工藝設備投資小、工藝簡單、金屬母體與耐磨預制件冶金結合面良好。
4工藝過程
1）將粒徑為8目的氧化物陶瓷顆粒10%、粒徑為30目的氧化物陶瓷顆粒39%、粒徑為60目的氧化鋯陶瓷顆粒48%與自熔性鐵基合金粉末7%，使用水溶性樹脂4%機械混合均勻得混合物，放入油壓機中用模具壓制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨預制件；
2）將耐磨預制件在800℃的箱式爐中進行排膠；
3）將排膠后的耐磨預制件涂抹硬釬劑；
4）將涂抹硬釬劑的耐磨預制件置于用泡沫、塑料等高分子有機材料制作成為與要生產鑄造的零件結構、尺寸完全一樣的實體模具內；
5）實體模具經過浸涂強化涂料并烘干后，裝入真空造型砂箱中排列好做好澆鑄口，然后用干石英砂埋好，經三維振動臺振動埋實；
耐磨材料范文5
關鍵詞: 橋式抓斗卸船機、 耐磨襯板 措施
前言
橋式抓斗卸船機漏斗耐磨襯板的出現, 保護了漏斗壁的磨損,延長了漏斗使用壽命。盡管現在也有一些廠家制造一些不使用耐磨襯板的特殊耐磨漏斗,但此漏斗不能適用于所有物料的裝卸, 一旦漏斗損壞, 漏斗不易更換和修復。了解耐磨襯板的種類和分類, 明白耐磨襯板磨損的機理,清楚影響耐磨襯板壽命的因素,是卸船機設計制造人員和卸船機使用單位的必備知識。
一、不同耐磨材料屬性的比較
磨損材料分為有機材料、無機材料和混合材料。有機材料的磨損依據自身較低的摩擦系數, 在表面形成光滑的一層有機“膜 ”, 以達到自的目的。所以有機材料的硬度不是那么高,但是依據自己 “以柔克剛 ”的特性, 達到了耐磨損的效果, 但工作溫度不宜超過 100 ℃。而金屬材料的磨損是物質之間的動摩擦引起的, 損壞的是物質間的分子鍵或原子鍵。卸船機漏斗結構一般是方形的, 每個漏斗面與水平面都有夾角 ,以達到物料的順利下落, 其傾角 為:= + ( 5°~ 10°)
式中，為物料與漏斗壁的靜摩擦角。在水平或低角度摩擦時,陶瓷具有優越的耐磨性;在直角或大角度沖擊時, 有機材料表現突出,尤其在潮濕環境下更能體現其耐磨性;金屬材料也具有高強度、高硬度和耐磨性優點,但其質量大,不同金屬材料也會因材料性質不同, 耐磨性也有一定的差異。因有機材料具有良好的韌性, 如果物料從襯板接縫進入襯板與斗壁之間, 并逐漸積累增多, 最后襯板很容易被物料“頂”成弧形, 出現凸起現象, 最終不僅造成襯板的損壞,同時漏斗壁也受到了一定程度的磨損。不銹鋼、合金鋼價格稍貴一些, 有機耐磨襯板價格最低,經濟實用性最好。
二、 耐磨材料的磨損機理分析研究
磨損是產品失效的三種形式之一, 磨損是在機械方面式作用下造成物體表面材料逐漸損失和消耗。分析卸船機漏斗耐磨材料的磨損機理, 從內、外兩個方面考慮。
1、外部環境條件的的作用
①物料載荷。物料載荷主要是抓斗抓取物料的重力載荷, 抓斗滿斗時物料最多,卸料時漏斗襯板面上所受的物料沖擊載荷和壓力也就越大,磨損也就越嚴重。
②物料硬度。物料硬度是漏斗襯板產生磨損的重要因素, 物料硬度越高相應的與襯板產生的摩擦也就越強烈,對襯板的損壞也就越嚴重。
③抓斗距漏斗上口的垂直高度。落料時抓斗底面距漏斗上口面的距離越高, 相應的物料具有的重力勢能也就越大, 對耐磨襯板產生的沖擊載荷也隨之增大,襯板的磨損也就越嚴重。
④振動給料機出料的功率。物料落進漏斗后, 如果漏斗下口的振動給料機功率選擇過大或電動推桿打開卸料門過大,那么物料在漏斗內不會進行長時間停歇, 就急速的下落, 這樣物料對襯板的磨損也就加大。
⑤漏斗面的傾斜角度。卸船機漏斗結構大多是方形的, 每個面與水平面都有夾角 。如果 選擇不合理,物料就會對漏斗耐磨襯板產生很大的壓力,這樣物料對耐磨襯板產生很大的磨損。陶瓷耐磨襯板屬于脆性材料, 隨著角度的增大, 其磨損量也在增加,在接近 90°時, 磨損量達到最大, 表明陶瓷材料不宜在大傾角沖擊摩擦的工況下使用;韌性材料在小傾角沖擊磨損工況下,磨損嚴重,但是達到一定角度后, 磨損達到極大值,然后磨損又逐漸減輕,可以看出, 韌性材料在傾角小的時候磨損大, 而在傾角較大時, 可以充分體現韌性材料的耐磨性。
⑥物料的顆粒大小。在初期，隨著物料粒度的增加,對襯板的磨損成線性關系加劇,但物料粒度達到一定尺寸即臨界物料顆粒直徑后, 磨損曲線增長變緩, 或者出現不再增長的現象。物料顆粒尺寸也會在降落過程中發生變化, 棱角尖銳的顆粒, 對襯板磨損程度大,光滑狀的顆粒, 對襯板產生的磨損就相對較小。同時漏斗上口, 如果放置漏斗格柵, 那么就會對大顆粒物料進行阻擋和分解, 減輕了襯板所受的沖擊力和壓力。
⑦物料濕度的影響。濕度分為物料濕度和外界附加濕度。外界濕度來源于外界自然雨水和噴淋灑水, 物料與襯板之間的濕度增加,摩擦系數也隨之增大,二者產生相對滑動時, 產生的摩擦力也就增大,對襯板的磨損也就越嚴重。
⑧溫度的影響。溫度的影響也可以說是季節變更的影響, 夏季平均溫度高, 物料分子與襯板分子活躍性強, 分子互相進入對方的趨勢也就越嚴重, 因而之間的摩擦系數也就增大, 摩擦力也隨之增大, 襯板受到的磨損也就越嚴重。
⑨襯板接縫的影響。如果每個襯板的面積比較小, 造成漏斗面上的襯板塊數增加,接縫也就增多,尤其是有機高分子量襯板,接縫增多,顆粒小的物料很容易通過接縫進入襯板與漏斗壁之間,隨著物料的積累, 就會造成襯板螺栓磨損加重, 同時襯板會凸起變形,最終造成聯接螺栓斷裂,襯板掉落, 嚴重影響生產效率和安全, 所以要合理設計襯板接縫。
2、耐磨材料特性的作用
就漏斗襯板磨損機理, 漏斗襯板磨損主要是沖擊磨損和沖蝕磨損。磨損一般分為三個時期: 第一為初級磨損也是低磨損區, 第二為穩定磨損時期也稱過磨損區; 第三為加劇磨損時期即高磨損區。第一、三磨損時期磨損程度較為嚴重,第二時期趨于穩定。就襯板的硬度與磨損的關系,隨著耐磨襯板材料硬度的提高, 其相對耐磨性也呈線性關系提高,對于硬度較小的材料而言,當物料的硬度大于耐磨材料硬度時,隨著物料硬度的升高,耐磨材料磨損嚴重;當物料硬度與材料硬度大致相等時, 磨損嚴重性達到最大點, 當材料硬度超過物料硬度后,磨損就不再增加。所以這期間分磨損為三個時期即低磨損區,過度磨損區和高磨損區。耐磨材料的硬度并非都是一樣的, 有的耐磨材料外層硬度達到了耐磨要求, 但是受到技術、設備等的影響, 其內部硬度并不理想, 當材料外層磨損掉后, 內部硬度低的材料就很容消耗掉,最終導致整個襯板磨損殆盡。
三、安裝和維護耐磨襯板的注意事項
在漏斗上口四周第一塊板的上口以及橫向接縫處應切成一斜切口即斜接縫, 以防止物料的滲入,不銹鋼襯板也應選擇沉頭螺釘緊固, 襯板之間的接縫距離一般在 10 mm左右。檢查安裝襯板的平整性, 確保每一個面的襯板都處在一個平面中。要經常檢查沉頭螺栓的緊固情況, 特別是漏斗外側安裝有振動電機的情況下,避免襯板因螺栓松動而掉落或損傷。如果有一塊襯板損壞或脫落, 要更換同型號的漏斗耐磨襯板,以免其他襯板因此發生加劇性磨損。
四、結語
橋式抓斗卸船機在港口碼頭的應用越來越廣泛, 因其具有間歇式的作業屬性,所以漏斗是橋式抓斗卸船機卸料系統重要的結構部件, 漏斗耐磨襯板的選擇和使用也隨之成為橋式抓斗卸船機卸料系統設計的焦點。面對卸船機越來越高的生產效率, 漏斗耐磨襯板的磨損也越來越嚴重,所以認清漏斗耐磨襯板磨損的機理, 了解影響漏斗耐磨襯板壽命的因素,科學合理的安裝、維護漏斗耐磨襯板,都顯得那樣的迫切和重要。
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耐磨材料范文6
Abstract: This paper introduces construction technology of cast wear-resistant concrete surface wholly forming and puts forward quality assurance measures. Inthe initial setting of the cast concrete surface evenly spreading twice a layer of wear-resistant materials, hardening agent, repeated by mechanical polishing trowel forming a ground form. It has advantages of the strength and high resistance to impact and durable, resistant to dust, carburizing, clean and so on.
關鍵詞:耐磨砼地面;施工準備;施工工藝;質量保證
Key words: wear-resistant concrete ground;construction preparation;construction technology;quality assurance
中圖分類號:TU7文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)10-0096-01
1工程概況
本工程位于邯市高開區,為西瓦科電器有限公司實驗車間,建筑面積3030 m2,結構形式為鋼筋砼獨立基礎,門式鋼架,保溫壓型鋼板屋面。
2地面工程設計
設計選用綠色非金屬耐磨地面:做法為:150厚3:7灰土,200厚C25砼, 3厚金鋼砂耐磨面層,切縫間距6×6m。
3施工準備
3.1 材料準備該耐磨材料為非金屬地面硬化劑,是非金屬骨料(碳化硅)與標準水泥及其他滲合料組成,地面硬化劑用量:5kg/m2,材料進場需有出廠合格證方可使用,妥善保管,防潮防水防破損。為了避免色差問題,影響地面觀感效果,從原材料入手著力解決這一問題,施工需要的材料:地面硬化劑、水泥、砂石等均采用同一廠家,同一批次,同一顏色產品,并對其質量嚴格把關。
3.2 機具準備除常用的施工灰土、砼地面的機具外,還需準備以下用具:①空吸水設備或橡皮管:用于除去砼泌水。②專用抹光:具有兩種功能:一是加圓盤,類似于木抹子,主要去除浮漿,壓實抹平,保證混凝土表面平整、密實。二是卸下圓盤即為十字鋼片,可通過調整鋼片角度拋光密封地面面層。③滾筒:平整出漿工具。④平底膠鞋:混凝土初凝后使用。⑤防水紙質鞋或防水紙袋:面層壓光使用。
3.3 人員配備施工灰土、澆筑地面混凝土常規配備的人員外,還需配備以下施工人員:混凝土整平3人,耐磨材料運輸2人,耐磨材料撒布3人,抹光機施工3人,鏝刀修平3人。
3.4 施工準備①施工前做先做好水、電管線的預埋?；彝翂|層用壓路機碾壓密實。②按設計標高設置砼模板,用水準儀隨時檢測模板標高,對偏差處用楔性塊調整。③按設計或規范要求,設置分格縫。④混凝土標號按設計要求,所用碎石最大粒徑≤30mm,控制水灰比小于0.55,坍落度75~100mm。
4施工工藝
4.1 工藝流程灰土夯實澆筑平整砼除去泌水提漿壓光第一次撒布耐磨材料抹平壓實第二次撒布耐磨材料 抹平壓實表面修飾養護
4.2 操作要點
4.2.1 標高控制:根據建筑物結構基準線,用水平儀在施工區預定出灰土、砼的厚度,根據喜好設置好標記,反復核對,最大誤差控制在3mm以內。
4.2.2 灰土施工前,土可用場地內原土,過篩,但不得含有機雜物,含水量要符合規定,白灰要充分熟化過篩,不得含有生石灰塊,也不得含有過多水分?；彝翑嚢枰鶆?虛鋪厚度控制好,碾壓密實。
4.2.3 砼澆筑前,基層要灑水濕潤,混凝土宜選用商品混凝土現場泵送。為減少泌水,應控制好水灰比和塌落度。混凝土的澆筑應分段隔跨組織施工,一次澆筑至標高,局部未達到標高處利用混凝土料補齊并振搗,嚴禁使用砂漿修補。使用平板振動器振搗密實,并用滾筒多次滾壓。柱、邊角部位用木抹拍漿?；炷凉纹胶笏酀{浮出表面至少3 mm厚。
4.2.4 砼澆筑完畢,采用橡皮管或真空設備泌水,重復兩次以上后開始耐磨材料施工。耐磨材料施工前,中期作業階段施工人員應穿平底膠鞋進入,后期作業階段應穿防水紙質鞋進入。
4.2.5 第一次撒布耐磨材料及壓實、抹平耐磨材料撒布的時機隨氣候、溫度、混凝土配合比等因素而變化。判別耐磨材料撒布時間的方法是腳踩上去,約下沉5mm時,即可開始第一次撒布施工。墻、柱、門和模板等邊線處水份消失較快,宜優先撒布施工。第一次撒布量是全部用量的2/3,應均勻落下,待表面變暗后用木抹子抹平或圓盤抹光機壓實抹平,切記抹光過度,確保所有的邊角都完全壓實。
4.2.6 第二次撒布耐磨材料及壓實、抹平緊接著進行第二次耐磨材料的撒布,應垂直于第一次方向。先用靠尺或刮桿檢查平整度,并調整第一次撒布不平處。第二次撒布量為全部用量的1/3,待表面變暗后用鋼抹子或圓盤抹光機壓實,抹平,,重復抹光機作業至少兩次。抹光機作業時應縱橫向交錯進行,均勻有序,防止材料聚集。邊角處用木抹子處理。
4.2.7 表面修飾及養護面層材料硬化至指壓稍有下陷時,抹光機加刀片,(轉速及角度視硬化情況調整),進行縱橫交錯三次以上拋光處理,完成修飾工序。耐磨地坪施工完畢后緊接著噴灑養護劑養護或覆蓋薄膜,養護一周。從混凝土整平到覆蓋養護,所有操作過程保持在24小時內完成。
4.2.8 耐磨硬化劑地面面層施工完成5~7天后宜馬上開始切割縫,以防不規則龜裂。切割應統一彈線,以確保切割縫整齊順直。切縫深度為地坪高度的1/3。
5質量保證
5.1 備充足的專業施工設備及工具,保證面層收光工藝達到密實平整光潔,保證邊角、接合處及最后收光表面的光潔度。
5.2 組織高效、精干的施工管理班子,加強管理、保證施工質量及進度。
5.3 組織臨時堆放的材料做好防水防雨工作,該墊起的墊起,該覆蓋的覆蓋。
5.4 各道工序必須嚴格按施工規范要求去做。
5.5 做好成品保護工作。
5.6 耐磨地面的起用時間:完工后2~3天可開放行走,7~10天輕型貨車可以行駛,28后可以正常使用。
參考文獻:
