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常見磨損形式及分類
作者:    發布于:2016-05-21 11:09:59    文字:【】【】【
摘要:1.磨粒磨損,2.沖擊磨損,3.粘著磨損(金屬間磨損),4.高溫磨損,5.腐蝕磨損,6. 沖蝕磨損,7.氣蝕

常見磨損形式及分類

金屬零件的磨損過程包括磨粒對金屬表面的犁削和金屬碎屑的崩落過程,當金屬零件被磨損到不能使用時就必須更換或修復。盡管磨損的結果基本相似,但磨損的過程卻截然不同。在選擇耐磨材料前有必要了解一下造成磨損的因素。

    如果所有的金屬零件都僅受一種類型的磨損,選擇堆焊合金就很容易了,然而金屬零件失效通常是由兩種或兩種以上的磨損造成的,這就使得選擇滿意的耐磨材料變得非常復雜。

    在選擇耐磨材料時應該全面考慮各種磨損因素,首先應分清主要因素和次要因素,例如,分析一種金屬部件的磨損形貌,主要是磨粒磨損,兼有輕微沖擊,那么就應該選擇既具有較好的耐磨粒磨損性能同時又具有一定的抗沖擊性能的耐磨材料。

比較常見的磨損形式有以下幾種:

1.磨粒磨損

我們把固體材料在金屬表面不斷流動對金屬表面所造成的擦傷稱之為磨粒磨損。磨粒磨損占整個工業產品失效原因的55-60%。磨粒磨損的表現形式相當復雜,主要可以歸納、細分為以下三種:

1) 低應力磨粒(擦傷)磨損

低應力磨粒磨損通常是指金屬表面磨痕輕微的一種磨損,它是由一些硬而且尖銳的磨粒在金屬零件的表面以不斷變化的速度滑動而造成的,金屬零件被這種不停的刮擦逐漸磨損掉(如左圖)。磨粒的大小、速度、硬度、表面尖銳程度、磨粒作用的投入角等都是影響低應力磨損的因素。微觀組織中含有碳化物的合金,特別是含有鉻的碳化物的合金,有較好的抗低應力磨粒磨損的性能,已被成功的應用于低應力磨粒磨損工況。

典型承受低應力磨粒磨損的機械零部件包括:農機具、分離器、過濾篩、輸泥管、拋砂機以及斜溜槽等。

2) 高應力碾壓式磨損

高應力碾壓式磨損的磨痕要比低應力磨粒磨損強烈。當微小而堅硬的磨粒被足以壓碎它的碾壓力擠壓在金屬表面上時,金屬表面就會產生高應力碾壓式磨損。這種磨損通常是在外力作用下,由兩個金屬表面碾壓磨粒而產生的,有時也稱之為三體磨損。發生高應力碾壓式磨損的表面往往會出現明顯的劃傷或破裂痕跡,例如表面光滑的韌性合金與硬而粗糙的物體在碾壓力作用下相對運動韌性合金就會被劃傷。成功用于抗高應力碾壓磨損的合金有:奧氏體錳鋼、馬氏體鋼和一些韌性優良的基體中含有碳化物的合金(通常碳化物顆粒細小,譬如碳化鈦)。

典型承受高應力碾壓磨損的機械零部件包括:鉆孔機、螺旋給料器,推土機鏟刃,粉碎機,球磨機或棒磨機,輪胎,剎車片,碾壓式破碎機,對輥式破碎機,鏈輪以及攪拌器葉片等。  

3) 鑿削式磨損

在一定程度的沖擊或重力作用下,金屬表面會產生一種低應力擦傷和高應力碾壓相伴的磨損形式。當施加在重物(通常是巖石)上的力,傳遞給金屬表面時,重物的突起部分對金屬表面就會產生一種犁溝或刨削的作用,而形成明顯的鑿痕,這就是鑿削式磨損。事實上,挖掘機挖土時挖掘斗的磨損就是一個低速鑿削式磨損的例子,碎石機部件的磨損則是高速鑿削式磨損的例子。以上兩例中作用在金屬表面上的力類似于切削工具切削金屬時的作用力,鑿削式磨損對材料韌性要求很高,有時硬度高、抗磨粒磨損性能好的合金反而不能勝任鑿削式磨損工況。基體韌性好的碳化物型合金具有較好的抗鑿削式磨損性能,奧氏體錳鋼更適合鑿削式磨損工況。                                                                                                                               

典型承受鑿削式磨損的機械包括:吊鏟抓斗、推土機鏟斗、蛤殼式抓斗、旋轉式破碎機、滾壓式破碎機以及鄂式破碎機等。

2.沖擊磨損

當金屬零件受到沖擊時,沖擊點的應力超過彈性極限就會造成變形,變形向沖擊點的下方和兩側延伸,最終導致金屬碎塊脫落,這就是沖擊磨損。

脆性金屬的變形能力差,受到強沖擊或連續的輕微沖擊時就會出現碎裂。即便是韌性較好不易碎裂的金屬材料在連續受到沖擊的情況下,通常其表面也會出現壓縮變形,有時會使金屬邊緣形成蘑菇狀邊沿而逐漸剝落。

   

 3.粘著磨損(金屬間磨損)

據報道將近15%的磨損是由于相對運動的金屬零件之間在無潤滑條件下相互磨擦造成的。金屬的表面,不論其光潔度有多高,從微觀的角度看總是凸凹不平的。當兩個金屬表面互相接觸并相對滑動時,突出的部分因磨擦功作用會被焊合(也稱黏著),繼而在外力作用下發生破裂,形成微小的金屬碎片脫離金屬表面,這就是粘著磨損,也稱金屬間磨損。

典型承受金屬間磨損的機械包括:軸、齒輪、閥門、軌道等。
    馬氏體堆焊合金具有較好的抗金屬間磨損性能,奧氏體鋼和鈷基合金的抗金屬間磨損性能也較好。

4.高溫磨損

高溫磨損是指金屬部件的表面長時間暴露在高溫條件下逐步遭到的侵蝕破壞過程。金屬材料受熱通常會改變合金的微觀組織結構,大多數合金在高溫下都會出現退火軟化現象,而使零件的耐磨性能和使用壽命下降。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                
    造成金屬材料高溫失效的主要原因是熱疲勞和熱裂紋。熱疲勞和熱裂紋都是由金屬反復被加熱、冷卻造成的,在這樣的熱循環過程中,金屬因不斷地膨脹收縮而變形,當變形量超過金屬的恢復能力時就會引發裂紋。

以上為常見的或一般意義上的高溫磨損形式,這里提出一種新的概念——高溫磨粒磨損。高溫磨粒磨損可以理解為高溫磨損和磨粒磨損的一種組合形式。其最終磨損形貌的外在表現是磨粒磨損,但高溫磨損全過程參與其中,而且對磨損結果起決定性的作用。

資料顯示,含5-12%鉻的馬氏體鋼被廣泛的用于抗熱疲勞。一些碳化物型合金具有較好的抗高溫磨損性能,可以在攝氏630℃的高溫環境下工作,高于這個溫度時,通常使用非鐵基合金——鈷基合金。公司研制的抗高溫磨粒磨損堆焊材料HP系列合金突破了這一概念限制,在攝氏1000℃高溫下仍具有較高的抗磨損性能,在高溫磨粒磨損工況條件下,性能遠優于鈷基合金。

典型承受高溫磨損的機械或部件包括:連鑄機軋輥,軋鋼工作輥,熱鍛模,鉗形工具等;

典型承受高溫磨粒磨損的機械或部件包括:燒結熱破碎設備,高爐爐頂設備,焦化設備等。


5.腐蝕磨損

              

鐵基金屬的腐蝕方式多種多樣,不論哪種都會促成磨損的加劇,最常見的腐蝕是生銹,生銹使金屬表面氧化,形成厚厚的氧化皮,氧化皮剝落使金屬變薄,這就是腐蝕磨損。很多堆焊合金都有一定程度的抗腐蝕性,所以對于堆焊合金來說,腐蝕是一個次要的磨損因素。盡管如此,在實際應用中,如果存在特殊的腐蝕介質,選用材料時還是應該將腐蝕當作一個單獨的因素來考慮。

6. 沖蝕磨損:

               

液體或氣體攜帶固體微粒在金屬表面上高速流動產生的磨損稱為沖蝕磨損。固體微粒流向與金屬表面間的夾角稱為沖蝕角。沖蝕角大于等于45°時稱為大角度沖蝕;沖蝕角小于45°時稱為小角度沖蝕。

典型承受沖蝕磨損的機械或部件有:除塵風機泵殼、葉片,除塵管道、彎頭,煤粉風送管道,細礦料風送管道;出渣水槽、管道、彎頭,水利旋流器、重介質旋流器及其相關槽形部件和管件等。

7.氣蝕

當液體快速流過金屬表面時,液體中往往會不斷產生一些氣泡,氣泡對金屬表面形成負壓力;氣泡很快破裂,當氣泡破裂時則對金屬表面產生正壓力,這種氣泡產生、破壞的過程對金屬表面施加的交變應力具有很大的破壞性,會使金屬表面產生蜂窩狀孔洞,即所謂氣蝕。

氣蝕經常發生在過流部件表面,如水輪機葉片等。大多情況下氣蝕與沖蝕磨損同時發生。水流中含泥沙量較少時,水輪機葉片的破壞形式以氣蝕為主;水流中含泥沙量較多時,水輪機葉片的破壞形式則以沖蝕為主。

另外,表面光潔度有時也是磨損的一個重要影響因素。綜合考察諸如風機葉片、溢流表面及溜槽等金屬零部件的耐磨損壽命,我們發現,表面光潔度對使用壽命有時會產生重要影響。表面平光潔度、硬度均勻程度甚至碳化物分布狀態的均勻程度,對于板狀零件的綜合耐磨性能都顯得至關重要。例如:螺絲孔周圍的磨損表現為彗星式;大面積堆焊表面的磨損形貌為波紋狀;存在疏松缺陷的鑄件的磨損形貌呈蜂窩狀。一般地說,結構和硬度相同的合金零件,表面粗糙的比光滑的磨損速率大。

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