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耐磨材料范文1
关键词：泥沙； 弯管；磨损；fluent；耐磨材料；数值模拟
1 引 言
我国幅员辽阔，拥有众多江河湖库，其河道和港口码头的淤积非常严重，因此对于清淤疏浚工程船的需求量极高。同时，随着海运和内河水运的发展，船舶的吨位和数量越来越大，使其相应的码头、航道都要进行与之相对应的升级，以满足通航的需求，因此要对疏浚船的要求越来越高，以便更高效的快捷的完成相应的疏浚工程。
随着国内疏浚行业的快速发展，挖泥船疏浚管路的耐磨性能日益受到关注，而与之配套的耐磨材料如HARDOX 400、JFE-EH400、堆焊钢管（如信铬钢）、双套管、铸造合金管等均已逐步在挖泥船疏浚管路上推广与应用。为进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，现对挖泥船艏吹管系的部分管路建立数学模型，运用 fluent软件模拟仿真分析，揭示疏浚管路的磨损规律。
目前，在对弯管的磨损研究上，国外有Arvind Kumar等人[1]利用Fluent软件模拟体积浓度为16.28%的石英砂在一个90度的弯管，以不同的速度冲击的磨损变形，并与实验结果做了比较，得出CFD模拟结果与实验结果相当吻合；Dr. Ehab Elsaadawy等人[2]利用Fluent DPM模型研究了运输天然气管道在不同的弯道处、不同速度下的磨损侵蚀率，得出了一些较为经典的结论。国内的张慧君等人[3] 利用Fluent 软件对90 °弯管分别取3 种不同管径、8 种弯径比，进行了液固两相流流场的数值模拟，得到湍流状态下管内流体的速度分布，通过二次开发将磨损模型嵌入到Fluent 软件中，实现了对弯管部位的磨损预测；宗营营等人[4] 利用Fluent软件对煤风管道内气-固两相流进行模拟仿真，观察固体颗粒运动轨迹，对管道内冲蚀磨损进行研究分析，发现燃烧器设计的不合理因素，对煤粉燃烧器结构改进和相关参数优化有一定指导意义。
2 泥沙两相流理论模型
对于泥沙流，采用Ansys12.0中Fluent模块内新增模型 Eulerian + Dense Discrete Phase Model（DDPM）对高浓度泥沙两相流进行数值模拟，该模型兼顾了Eulerian Model 对两相流模拟的优点并克服了传统DPM模型只能对低体积分数进行模拟的弊端，能很好的模拟相间的相互作用，同时也能模拟颗粒的运动轨迹。由于泥沙在实际运输的过程中的体积分数高达40%，并且泥沙的存在对液相的流动存在一定的影响，尤其是在弯管处的影响更为显著，所以采用Eulerian + DDPM模型对泥沙两相流动研究较传统单独采用Eulerian双流体模型研究更具有优越性。
2.1 流体连续相控制方程
2.3 磨损方程
3.2 网格划分
用ICEM CFD软件对模型进行结构网格划分，创建有限元模型，为提高边界层的计算精度，在靠近泥管壁附近区域，沿半径方向采用渐进距离网格进行离散，其模型网格单元总数量：239768。其交接处结构网格与截面网格形式如图2所示。
3.3 边界条件和初始条件
使用fluent软件内的Eulerian与DDPM模型，湍流计算采用k-εRNG模型；入口处采用速度边界条件，因大出口有阀门控制处于关闭状态，故设为无滑移固壁条件；小出口设置为自由出流（outflow），壁面采用无滑移固壁条件，并使用标准壁面函数法确定固壁附近的流动。
3.4 数值模拟结果
3.4.1 速度分布
分析图3可知，液相与粒子固相的速度分布很相似，仅是在速度出口处有明显不同。
两者速度均在管道弯壁内侧出现明显增大，相接处达到最大。
从图4a可以看出：在入口直管段壁面附近，粒子速度分布相对均匀，流经弯管时，由于流向发生改变，粒子速度分布发生很大变化。图4a、图4b、图4d均显示在内拱壁面，粒子速度在弯管起始位置先增加而后又明显降低；在外拱壁面，粒子速度在弯管起始位置先降低而后又增加。这是因为粒子流经弯管时，在内拱壁弯管处，流体运动方向背离壁面，动能损失较少，且受重力和离心力所用，此处粒子数量少，压力也小，从而引起液相和粒子速度都明显增大，而后随着离心力的减弱，粒子速度随之降低；在外拱壁弯管处，流体冲击角度很大，动能损失严重，速度大大降低，其粒子速度也减小。
从图4c分析知：在岔口处，流域增大，受分岔管壁长时间泥沙的堆积影响，减缓了粒子运动速度。从图4d知，由于开口直径的减少，在同等压强下，必然会使粒子速度增加。
3.4.2 冲击磨损分析
由图5为粒子磨损速率云图的对比，相对于粒子对管道的磨损，管道中的液相对管道的磨损非常小，可以忽略。故粒子是造成磨损的主要原因，所以可仅对粒子进行相关的分析。由公式（6） 可以看出磨损主要受粒子数量、粒子速度和冲击角度等影响。
由图5b分析知：因采用的是面源喷射模型，在其入口处容易造成粒子对管壁固体颗粒对弯管部磨损较为严重。在入口直管段，流体端动程度较小，粒子分布均匀，使其造成的冲击磨损缓慢变小。因此处弯管是沿空间斜向上方向延伸，粒子进入到弯管之后，在内拱壁，速度增大，但磨损降低。其原因一是由于受惯性力作用，弯管内拱壁粒子较少；二是大多数粒子的冲击角度较低，接近内壁切线 ，对壁面造成不了冲击，所以磨损较小。而在外拱壁，虽然粒子速度有降低，但粒子累计冲击数量较大，接触面积广，冲击角度较大，磨损明显增大；同时弯管背向延伸，使其磨损区域扩大。
由图5c分析知：对于形状类似的第二弯壁，必然会产生类似的磨损效果；同时由于受到管路扭转角度的影响，使其出口粒子在惯性力与离心力的作用下与直管壁产生角度冲击。
由图5d分析知：第三弯壁处同前面分析的弯壁表现出不同的磨损变化，因出口管路径向缩小，压强增大，速率增加，一方面必然会导致出口磨损加大，另一方面使其磨损在颈缩处大范围出现。
对于岔口处弯壁来说，由图5a可以明显看出，因其粒子在此堆积，内壁处受来流的来回冲击，磨损在岔口内壁是最严重的，而岔口的背壁， 主要是此处流域变大，使其磨损处较内壁较轻。
4 结 论
（1）利用Fluent 软件，采用Eulerian + Dense Discrete Phase Model（DDPM）模块和磨损模块可实现泥沙液固两相流在管道内的流场模拟。同时，利用流场计算结果及磨损模型，可预测磨损区域及磨损速率进而优化耐磨管路的布置，提高耐磨材料利用率。
（2）通过计算发现，磨损严重区域为弯管区的外拱壁处，说明颗粒的存在对弯管壁面的剪切应力分布影响最大，同时，该处受冲击影响较深，受力也较大，处于危险区域，此处耐磨性能要求高，需采用耐磨性能相对最高的耐磨材料，并进行局部加厚处理，以提高管路的整体使用寿命，避免因局部磨穿而造成的整根泥管报废。
（ 3 ） 利用本文方法可对疏浚管系进行分析计算，以考虑、不同流体输送条件如温度、速度、固含量等因素的影响，得到适用于具体工况条件的合理的管路尺寸、耐磨材料选择。
参考文献：
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耐磨材料范文2
【关键词】 耐磨耐火材料 损坏原因 防范措施
循环流化床锅炉内部耐磨耐火材料结构，在锅炉运行过程中起到非常关键的作用。随着循环流化床锅炉的快速普及和大型化的发展需求，对循环流化床锅炉耐磨耐火材料结构使用的可靠性提出了更高的要求。目前投运的循环流化床锅炉，因耐磨耐火材料损坏原因而造成锅炉的故障已经严重地影响到了锅炉的长周期经济运行。因此充分认识循环流化床锅炉耐磨耐火材料损坏机理，提高循环流化床锅炉耐磨耐火材料的使用寿命，是目前设计单位、材料生产单位、施工单位及使用单位共同关心的问题，也是今后循环流化床锅炉大型化所要重点关注的课题。
1 耐磨耐火材料的使用部位
循环流化床锅炉的磨损通常发生在固体物料浓度较高、流场复杂的湍流区、涡流区以及与烟气运动方向垂直的受热面等部位，因此通常在以下部位采用耐火耐磨材料：点火风道；风室；布风板表面；燃烧室下部锥段；炉内屏式受热面底部；炉膛烟气出口；分离器；回料装置等部位。
2 耐火耐磨材料损坏机理分析
循环流化床锅炉大多采用热值低、含硫量较高的劣质煤种，灰分浓度大、流速高，温度变化频繁，造成循环热冲击，此外炉内有大量高速运动的高温固体物料，需要用大量的耐火材料进行保护锅炉受热面，防止受热面磨损泄漏，因此耐火防磨材料都处在锅炉运行最恶劣的环境中。通常耐火材料的失效有以下三个方面的原因：耐火材料的剥落、耐火材料的冲刷磨损、耐火材料的化学侵蚀。
2.1 耐火耐磨材料的剥落
耐火耐磨材料的剥落一般分为两种：热剥落（热震剥落）、结构剥落。热剥落是指由于热冲击或机械应力引起的材料损失。热冲击是指骨料与结合料由于膨胀系数不同在温度循环波动时产生内应力从而破坏耐火材料层，热冲击会导致耐火材料衬里的大裂缝和剥落，而温度快速变化造成的热冲击（如启停炉操作不当）可使耐火材料内的应力超过抗拉强度而剥落；结构剥落是指材料经过长期的使用，组成和内部晶相结构发生变化，即使在小的温差应力下就能使其表面的变质层剥落。
2.2 耐火耐磨材料的磨损
耐火耐磨材料的磨损是炉内的流体或固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。
2.3 耐火耐磨材料的化学侵蚀
原煤中有害杂质，如硫、氮等在燃烧时产生的二氧化硫、氮氧化合物等酸性气体对耐火防磨材料产生化学侵蚀以及因碱金属的渗透造成的耐火材料渐衰失效、渗碳造成的耐火材料变质破坏、抓固钉失效造成的耐火材料层脱落等。
3 耐火耐磨材料运行中暴露的主要问题
（1）新炉使用不长就出现严重磨损现象，壁面上出现凹坑，埋下事故隐患。循环流化床锅炉由于结构不同，其选用的耐火材料品种繁多，针对循环流化床锅炉不同部位工作环境不一致，需要选用不同的耐火耐磨材料。
（2）旋风分离器顶部浇注料裂纹窜火，烧毁爪钉，造成浇注料大面积脱落，进入到返料器，造成返料中止，锅炉负荷降低而停炉。
（3）施工不良，收缩缝处理不好，造成护板烧红损坏或浇注料脱落导致被迫停炉。
（4）燃烧室下部处于锅炉密相区，炉膛中心气流上升而四周因壁面摩擦和粘滞，使粉尘或颗粒失速下滑而对上浇注料造成磨损，甚至大面积脱落，造成锅炉流化不好，容易引起结焦而停炉。脱落的浇注料卡到放渣管口，造成锅炉无法排渣，料位增高，影响锅炉负荷。
（5）循环流化床锅炉启动过快或检修时强制降温，造成耐火层内温度急剧变化，产生较大的热应力，使耐火耐磨材料开裂脱落。
（6）锅炉进煤口正处于锅炉的密相区，工作条件极为恶劣，除受到原煤重力的作用外，还要受到风、烟、渣、灰的冲刷，该处的浇注料在恶劣的工况条件下，最容易造成浇注料失效。
（7）锅炉出口水平烟道受到烟气流的长期冲刷造成磨损或脱落，进入到返料器造成返料故障，影响锅炉运行。
（8）屏式过热器与炉膛结合面或屏式过热器底部浇注料脱落，导致过热器管磨损泄漏。
4 耐火耐磨材料损坏的原因分析
（1）耐磨材料的成分配比不符合要求。配比不合适会使耐磨材料的稳定性较差，表面硬度减弱，粘结力降低，导致耐磨材料极易磨损和脱落。
（2）浇注料施工工艺不良。施工时预留的膨胀缝不符合要求或膨胀缝设计存在问题等，因而在运行中极易出现耐磨材料大片脱落。
（3）设计结构不合理。如抓钉、拉砖钩数量较少，施工浇注前没有按要求对抓钉涂以沥青，往往会造成耐磨料大面积脱落。
（4）没有严格执行烘炉曲线，对烘炉过程缺乏有效监督，使浇注料强度达不到或者发生裂纹，造成运行中窜火发生脱落。
（5）耐火层钢制外壳上没有割排气口，烘炉、煮炉或启动时，蒸汽从内层排除受阻，造成耐火材料脱落或裂缝。
（6）运行操作不当。在锅炉冷态启动或停炉抢修时强制降温，升温冷却时如果温升较大，就会造成耐磨材料的受热不均匀而产生裂纹甚至脱落。
（7）原煤中有害杂质，如硫、氮等在燃烧时产生的二氧化硫、氮氧化合物等酸性气体对耐火防磨材料产生化学侵蚀以及因碱金属的渗透，造成耐火耐磨材料的损坏。
（8）炉膛飞灰浓度越高，对锅炉的磨损就越强烈，飞灰中多硬性物质（残炭）、粗大颗粒的棱角会加速对耐火耐磨材料的磨损。
5 耐火耐磨材料损坏的防范措施
5.1 把好材料关
循环流化床锅炉的耐火耐磨材料，并不是一般意义上的耐火材料，它有较高的特殊性能指标要求。目前生产耐火材料的厂家很多，但真正具有独立开发能力，具有规模生产能力，具有实验和检验设备和手段的厂家并不多，很多耐火材料不能满足循环流化床锅炉的耐火耐磨衬里的特殊需要。特别是在大型循环流化床锅炉耐磨耐火材料材料的选择上，一定要把好材料关，合格的材料是保证锅炉长周期运行的基础保证。
5.2 把好施工关
好的材料还需好的施工队伍来完成施工。过去由于材料的生产厂家和施工单位脱节，工程中出现的问题责任不清。原因是材料生产厂家不清楚锅炉的结构和特殊使用要求，施工单位不理解材料的实际使用条件和性能，另外，材料生产厂家为了技术保密的需要，在技术上有所保留，在工程中留下隐患。在施工队伍选择上，应选择有一定专业施工能力，具有循环流化床锅炉专业的高级技术管理人员的企业。目前普遍大家形成一种共识，就是在循环流化床锅炉耐火耐磨工程发包过程中，选择即有材料生产能力又有现场施工能力和现场实际经验的大型优秀企业，是保证循环流化床锅炉耐火耐磨工程质量的前提条件
5.3 把好设计关
对于新建和扩建企业，在设计初期，应作好前期的图纸会审工作。由于循环流化床锅耐火耐磨衬里的特殊性和复杂性，在前期设计过程中应和材料生产厂家取得联系，根据厂家材料的使用性能，有针对性的进行共同设计，避免在现场施工过程中的盲目修改。
5.4 把好运行关
在新建和扩建企业锅炉机组的调试、试运和投产过程中，应加强环流化床锅炉耐火耐磨衬里方面的技术培训工作，增强操作人员对流化床锅耐火耐磨衬里的保护意识。防止锅炉机组在调试、试运和投产过程中，对循环流化床锅炉耐火耐磨衬里造成损坏。应增加必要的观察和监测手段，以防止超温和火焰直接冲刷耐火耐磨衬里材料。
5.5 把好合作关
循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的总体质量及使用期限，涉及到很多方面。因此，为了保证循环流化床锅炉耐火耐磨衬里的长周期安全使用，需要多方面的共同努力。在循环流化床锅炉耐火耐磨衬里工程施工和投运过程中，设计、材料、施工及运行方面的积极主动配合，是提高环流化床锅炉耐火耐磨衬里结构长周期安全运行的有利保证。
6 结语
锅炉的安全可靠运行在很大程度上取决于耐火耐磨材料的稳定性，因此必须高度重视，科学合理地根据部位选用耐火耐磨材料，严格施工工艺，保证安装质量，全程监督烘炉，严格执行锅炉运行规程加强运行管理工作，才能保证循环流化床锅炉的长期安全平稳运行。
耐磨材料范文3
关键词：陶瓷材料；耐磨性能；显微结构
1 引言
近年来，先进结构陶瓷材料由于具有耐高温、抗氧化、优良的耐磨性能、低的膨胀系数以及耐腐蚀等优点而受到各国科研工作者广泛的关注，并且在一些工业领域已经获得了实际的应用，如刚玉瓷、氮化硅、氮化硼等，由于其具有较高的硬度以及良好的耐磨性能而在工业化生产用作磨具[1，2]。随着工业的飞速发展、烧结方式的优化、原料纯度的提高，人们趋向于改善传统陶瓷材料所固有的脆性的问题，使得先进结构陶瓷材料能够有更为广阔的发展空间。
将陶瓷用作耐磨材料是最近几十年才发展起来的，在20世纪八十年代，渐渐的出现一些如硼化物、碳化物以及氮化物之类的耐磨的陶瓷材料[3-6]，随后各国都投入大量的资源开始了研究，由于其发展较晚，所以对于陶瓷材料的耐磨损的机理也大多参照了金属材料，许多的研究者对陶瓷材料的磨损建立了模型[7-13]，提出了不同的磨损机理，但总的来说，影响陶瓷材料耐磨性能的因素主要有两方面：其一，材料本身的组织结构；其二，外部因素，诸如载荷、温度以及气氛等。本文主要从陶瓷材料本身出发，对陶瓷材料的耐磨机理进行了总结。
2 陶瓷材料耐磨性机理的研究
2.1力学性能对陶瓷材料耐磨性能的影响
在早期研究陶瓷材料的耐磨性能时，对比于金属材料，人们认为陶瓷材料的硬度跟磨损有很大的关系，但后来发现，陶瓷的硬度和磨损的关系并不是那么的明显，例如氧化铝陶瓷的硬度要高于TZP陶瓷[14，15]，但是耐磨性能并不一定高于TZP陶瓷，虽然硬度在一定的程度上能够反映晶界的结合强度，但是磨损最终是由于材料脱离磨损表面而形成的，所以陶瓷材料的硬度不再作为衡量磨损的一个预见性的指标。也有研究报道，陶瓷材料的脆性直接影响磨损率，并且构建了陶瓷脆性断裂的模型，并且推导出了一些公式，Evans等[7]认为陶瓷的磨损率符合以下关系式V=α・■E/H■・L，式中：V-磨损体积；W-载荷；KIC-断裂韧性；H-硬度；α-与材料有关的系数；E-弹性模量；L-滑行距离；从式中可以看出，随着材料断裂韧性的和硬度的提高，陶瓷的磨损率逐渐的降低，耐磨性越好。Fischer[16] 通过对氧化锆陶瓷材料耐磨性的影响的研究发现，陶瓷的磨损率跟断裂韧性呈现出一定的线性关系，他们的关系满足Wr=c・K■■，式中：Wr-磨损体积；KIC-断裂韧性；c-常数；这些研究表明陶瓷的断裂韧性越好，其耐磨性能也就越好。Wang等[17]通过对磨损状态的分析认为存在以下的关系式：V=C・■・■，其中：V-磨损体积；C-经验常数；P-载荷；D-滑行距离；σmax-滑行引起的最大切向应力；σD -陶瓷断裂的临界应力；Hv-显微硬度。这表明陶瓷的磨损还跟表面的应力状态密切相关，陶瓷断裂的R界应力越小，在相同的情况下，陶瓷的磨损变得更严重。
2.2陶瓷材料的显微结构对耐磨性能的影响
陶瓷材料的微观结构跟材料的宏观性能有着极大的联系，陶瓷材料的性能在很大程度上取决于其显微组织，其显微组织特征包括：晶相的种类，晶粒的大小、形态、取向和分布；位错、晶界的状况，玻璃相的形态和分布；气孔的形态、大小、数量和分布；各种杂质、缺陷、裂纹存在的开式、大小、数量和分布；畴结构的状态和分布等。陶瓷材料是晶粒和晶间组成的烧结体，耐磨性能跟材料的显微结构有着很大的联系，晶粒的大小，晶界相的组成，晶界上的应力的分布，气孔等等一些因素均会影响到陶瓷材料的耐磨性能。
2.2.1晶粒的尺寸对陶瓷耐磨性能的影响
在金属材料中，往往通过细化晶粒的强度从而来提高材料的力学性能，在工业化生产中，常常称之为细晶强化，晶粒的粒径越小，晶界的面积也就越大，晶界的分布也就会越曲折，这样有效地增加了裂纹扩展的路径，有助于分散材料内部的应力集中，有利于提高陶瓷材料的性能。对氧化铝、氧化锆陶瓷的耐磨性能研究发现[21，22]，当晶粒较小时，主要发生的是塑性变形和部分的穿晶断裂，产生轻微的磨损，当晶粒的尺寸较大的时候，材料的内部发生的主要是沿晶断裂，有大个的晶粒从材料的内部整体的拔出，产生严重磨损。
Yingjie he 等[23]通过研究四方氧化锆中晶粒尺寸对滑动摩擦的影响发现，当晶粒的尺寸从1.5 μm减小到0.18 μm时，TZP陶瓷的耐磨性能提高了8倍。当晶粒的尺寸小于0.7 μm时，耐磨性和晶粒尺寸符合Hall-petch-type关系，即W-1∝G-1/2，其中：W―磨损量；G―晶粒的尺寸，这时磨损主要产生的是塑性变形和微裂纹的扩展，对于晶粒的尺寸超过0.9 μm时，随着晶粒尺寸的增大，陶瓷的耐磨性能是逐渐降低的，此时的磨损机制主要是沿晶断裂所造成的晶粒拔出，从而造成严重磨损。Lee等[18]研究Y-TZP陶瓷也发现，大晶粒的材料去除率高，减少晶粒的尺寸能够提高陶瓷的耐磨性能。Wang等[24]研究也表明小晶粒的氧化铝陶瓷比粗晶粒的氧化铝陶瓷具有更高的抗磨损突变性能。Dogan等[25]指出：材料的缺陷随着晶粒尺寸的增大而不断的增大，大尺寸的缺陷造成在磨损的过程中材料的去除量增加，从而引发严重磨损，如图所示，通过比较细晶材料和粗晶材料，细晶材料即便是发生多处的晶粒拔出的现象，在整体材料的去除量上也可能小于粗晶材料单个或者几个晶粒的去除量，在整体上的表现就是粗晶材料的磨损率要高于细晶材料。
2.2.2 气孔率对陶瓷耐磨性能的影响
陶瓷制品当中，气孔对陶瓷的性能有着很重要的影响，气孔相当于一种缺陷的存在，它会造成应力的集中，加速裂纹的扩展，降低晶粒之间的结合强度，严重影响陶瓷制品的力学性能。Tucci等[26]指出在摩擦力的作用下，气孔之间可能会彼此连接起来形成裂纹源，加速材料的磨损。Wotton[27]发现，气孔的存在会极大的降低陶瓷制品的耐磨性能。M.C.gui[28]研究发现在不同的载荷的情况下，陶瓷的磨损率并不一样，在低载荷时，气孔不会造成裂纹的扩展，而在高载荷的情况下，气孔变得不稳定，会在气孔处形成裂纹，并且还会导致裂纹的扩展，此时，制品会表现出极高的磨损率和较小的抗磨损突变性能，也有研究[29]表明在不同的载荷下，当气孔率增加时，容易造成晶间断裂，引发磨粒磨损，加速磨损的过程，如图2所示。
2.2.3 晶界相以及晶间杂质的影响
陶瓷是由晶粒，晶界相和气孔等组成，在烧结的过程中，加入到陶瓷当中的一些添加剂和一些杂质成分主要是以第二相或者玻璃相的形式存在于晶界上，他们的存在会对晶粒之间的结合强度造成一定的影响，在陶瓷摩擦磨损的过程中，裂纹很容易在晶界处产生，较低的晶界结合强度会造成在磨损过程中的沿晶断裂，引起整片晶粒的拔出，造成严重磨损。
对氧化锆的耐磨性能研究[30]中发现，在ZrO2陶瓷当中添加适量的CaO、MgO和SiO2能够提高陶瓷的耐磨性能，这是由于在晶界处生成了第二相，能够降低晶粒间的微观应力，提高了晶界结合强度，降低了晶粒被整体拔出的几率。对于氧化铝陶瓷[31]来说，由于晶粒在各向异性生长时会在晶界处产生残余的应力，当在其中加入稀土添加剂Sm2O3，有效的促进了晶界上第二相六铝酸钙的形成，降低了晶界处玻璃相的含量，有效的缓解由于热膨胀系数不同而造成的晶界处的应力集中，增强了晶界结合强度，使得陶瓷的耐磨性能得到提高。L.esposito[32]研究了显微结构对氧化铝陶瓷耐磨性能的影响发现，第二相的组成和玻璃相的组成决定材料的磨损特性，细晶的氧化铝陶瓷制品的磨损率受玻璃相的影响比粗晶的大，也有研究表明，热压烧结的陶瓷的磨损率比无压烧结的耐磨性能要好得多，这是因为，第一方面，热压烧结有效地降低了陶瓷制品内部的气孔率，其次，热压烧结能够降低晶粒之间的微观应力，有利于提高晶界结合强度，最终提高陶瓷的耐磨性能。多晶陶瓷的添加剂一般会以玻璃相的形式存在于陶瓷晶界上，在摩擦的过程，产生的高温会降低玻璃的粘度，从而引发塑性变形，若邻近的晶界的应力不能相适应则会引发晶界处的裂纹，引发严重磨损。
3 总结
由于陶瓷材料在工业领域表现出的卓越的性能，研究掌握影响陶瓷的耐磨性能的机理，使之更好的服务于现代化工业显得尤为紧迫，各国的科研工作者已对此开始了广泛的研究工作，但是由于材料的磨损机理在不同的工作环境下是不一样的，对不同耐磨材料磨损的机制，磨损的失效缘由进行系统的分析，通过分析得出结论，然后构建材料耐磨性和材料组织结构性能之间的关系，深入剖析影响材料耐磨性能的机理，制备出性能优良的耐磨陶瓷材料，可以大大的减少磨损，有利于提高机械设备和零件的使用安全年限，具有非常重要的理论意义和巨大的社会效益。
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耐磨材料范文4
现行生产工艺有几大类：
1）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合后（按一定比例）用油压机或等静压压制成工艺所需的形状，用高于自熔性金属合金熔点的温度下，进行烧结；
2）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合烧结，是利用自熔性金属合金与氧元素结合能力的差异，将金属从其氧化物中置换出来，形成氧化物陶瓷／铁基耐磨复合材料；
3）将自熔性金属合金熔液熔渗到陶瓷预制体多孔之中。上述方法只能生产小型复合材料块，无法将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上难度很大。此工艺经济性稍差。
2研究方向
氧化物陶瓷铁合金复合材料性能优良，但与大型结构件复合复合困难，制备过程比较复杂。虽然，现有工艺解决了一些问题，在制作单个氧化物陶瓷铁合金复合材料上等研究取得了一定的进展，在实际应用领域但仍未开发出适合实际的产品。因此，需要研究开发出适合的新型制备工艺。我们主要研究方向是如何将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上，重点在能降低成本、实现大规模生产进行研究探讨。
3实施方法
1）合金耐磨预制件制成工艺：将氧化物陶瓷颗粒与自熔性合金粉末按比例用机械进行充分混合，依据用户产品结构不同设计不同的模具，在油压机下将合金耐磨预制件压制制成特定形状，如柱状、条状、块状、蜂窝状等；
2）冶金工艺：将耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作的实体模具内用真空冶金铸造工艺进行复合铸造。利用金属母液的温度将合金耐磨预制件烧制成型并与合金耐磨预制件形成冶金结合面。该工艺设备投资小、工艺简单、金属母体与耐磨预制件冶金结合面良好。
4工艺过程
1）将粒径为8目的氧化物陶瓷颗粒10%、粒径为30目的氧化物陶瓷颗粒39%、粒径为60目的氧化锆陶瓷颗粒48%与自熔性铁基合金粉末7%，使用水溶性树脂4%机械混合均匀得混合物，放入油压机中用模具压制成型然后放入80°C的烘箱中烘干得到耐磨预制件；
2）将耐磨预制件在800℃的箱式炉中进行排胶；
3）将排胶后的耐磨预制件涂抹硬钎剂；
4）将涂抹硬钎剂的耐磨预制件置于用泡沫、塑料等高分子有机材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸完全一样的实体模具内；
5）实体模具经过浸涂强化涂料并烘干后，装入真空造型砂箱中排列好做好浇铸口，然后用干石英砂埋好，经三维振动台振动埋实；
耐磨材料范文5
关键词: 桥式抓斗卸船机、 耐磨衬板 措施
前言
桥式抓斗卸船机漏斗耐磨衬板的出现, 保护了漏斗壁的磨损,延长了漏斗使用寿命。尽管现在也有一些厂家制造一些不使用耐磨衬板的特殊耐磨漏斗,但此漏斗不能适用于所有物料的装卸, 一旦漏斗损坏, 漏斗不易更换和修复。了解耐磨衬板的种类和分类, 明白耐磨衬板磨损的机理,清楚影响耐磨衬板寿命的因素,是卸船机设计制造人员和卸船机使用单位的必备知识。
一、不同耐磨材料属性的比较
磨损材料分为有机材料、无机材料和混合材料。有机材料的磨损依据自身较低的摩擦系数, 在表面形成光滑的一层有机“膜 ”, 以达到自的目的。所以有机材料的硬度不是那么高,但是依据自己 “以柔克刚 ”的特性, 达到了耐磨损的效果, 但工作温度不宜超过 100 ℃。而金属材料的磨损是物质之间的动摩擦引起的, 损坏的是物质间的分子键或原子键。卸船机漏斗结构一般是方形的, 每个漏斗面与水平面都有夹角 ,以达到物料的顺利下落, 其倾角 为:= + ( 5°~ 10°)
式中，为物料与漏斗壁的静摩擦角。在水平或低角度摩擦时,陶瓷具有优越的耐磨性;在直角或大角度冲击时, 有机材料表现突出,尤其在潮湿环境下更能体现其耐磨性;金属材料也具有高强度、高硬度和耐磨性优点,但其质量大,不同金属材料也会因材料性质不同, 耐磨性也有一定的差异。因有机材料具有良好的韧性, 如果物料从衬板接缝进入衬板与斗壁之间, 并逐渐积累增多, 最后衬板很容易被物料“顶”成弧形, 出现凸起现象, 最终不仅造成衬板的损坏,同时漏斗壁也受到了一定程度的磨损。不锈钢、合金钢价格稍贵一些, 有机耐磨衬板价格最低,经济实用性最好。
二、 耐磨材料的磨损机理分析研究
磨损是产品失效的三种形式之一, 磨损是在机械方面式作用下造成物体表面材料逐渐损失和消耗。分析卸船机漏斗耐磨材料的磨损机理, 从内、外两个方面考虑。
1、外部环境条件的的作用
①物料载荷。物料载荷主要是抓斗抓取物料的重力载荷, 抓斗满斗时物料最多,卸料时漏斗衬板面上所受的物料冲击载荷和压力也就越大,磨损也就越严重。
②物料硬度。物料硬度是漏斗衬板产生磨损的重要因素, 物料硬度越高相应的与衬板产生的摩擦也就越强烈,对衬板的损坏也就越严重。
③抓斗距漏斗上口的垂直高度。落料时抓斗底面距漏斗上口面的距离越高, 相应的物料具有的重力势能也就越大, 对耐磨衬板产生的冲击载荷也随之增大,衬板的磨损也就越严重。
④振动给料机出料的功率。物料落进漏斗后, 如果漏斗下口的振动给料机功率选择过大或电动推杆打开卸料门过大,那么物料在漏斗内不会进行长时间停歇, 就急速的下落, 这样物料对衬板的磨损也就加大。
⑤漏斗面的倾斜角度。卸船机漏斗结构大多是方形的, 每个面与水平面都有夹角 。如果 选择不合理,物料就会对漏斗耐磨衬板产生很大的压力,这样物料对耐磨衬板产生很大的磨损。陶瓷耐磨衬板属于脆性材料, 随着角度的增大, 其磨损量也在增加,在接近 90°时, 磨损量达到最大, 表明陶瓷材料不宜在大倾角冲击摩擦的工况下使用;韧性材料在小倾角冲击磨损工况下,磨损严重,但是达到一定角度后, 磨损达到极大值,然后磨损又逐渐减轻,可以看出, 韧性材料在倾角小的时候磨损大, 而在倾角较大时, 可以充分体现韧性材料的耐磨性。
⑥物料的颗粒大小。在初期，随着物料粒度的增加,对衬板的磨损成线性关系加剧,但物料粒度达到一定尺寸即临界物料颗粒直径后, 磨损曲线增长变缓, 或者出现不再增长的现象。物料颗粒尺寸也会在降落过程中发生变化, 棱角尖锐的颗粒, 对衬板磨损程度大,光滑状的颗粒, 对衬板产生的磨损就相对较小。同时漏斗上口, 如果放置漏斗格栅, 那么就会对大颗粒物料进行阻挡和分解, 减轻了衬板所受的冲击力和压力。
⑦物料湿度的影响。湿度分为物料湿度和外界附加湿度。外界湿度来源于外界自然雨水和喷淋洒水, 物料与衬板之间的湿度增加,摩擦系数也随之增大,二者产生相对滑动时, 产生的摩擦力也就增大,对衬板的磨损也就越严重。
⑧温度的影响。温度的影响也可以说是季节变更的影响, 夏季平均温度高, 物料分子与衬板分子活跃性强, 分子互相进入对方的趋势也就越严重, 因而之间的摩擦系数也就增大, 摩擦力也随之增大, 衬板受到的磨损也就越严重。
⑨衬板接缝的影响。如果每个衬板的面积比较小, 造成漏斗面上的衬板块数增加,接缝也就增多,尤其是有机高分子量衬板,接缝增多,颗粒小的物料很容易通过接缝进入衬板与漏斗壁之间,随着物料的积累, 就会造成衬板螺栓磨损加重, 同时衬板会凸起变形,最终造成联接螺栓断裂,衬板掉落, 严重影响生产效率和安全, 所以要合理设计衬板接缝。
2、耐磨材料特性的作用
就漏斗衬板磨损机理, 漏斗衬板磨损主要是冲击磨损和冲蚀磨损。磨损一般分为三个时期: 第一为初级磨损也是低磨损区, 第二为稳定磨损时期也称过磨损区; 第三为加剧磨损时期即高磨损区。第一、三磨损时期磨损程度较为严重,第二时期趋于稳定。就衬板的硬度与磨损的关系,随着耐磨衬板材料硬度的提高, 其相对耐磨性也呈线性关系提高,对于硬度较小的材料而言,当物料的硬度大于耐磨材料硬度时,随着物料硬度的升高,耐磨材料磨损严重;当物料硬度与材料硬度大致相等时, 磨损严重性达到最大点, 当材料硬度超过物料硬度后,磨损就不再增加。所以这期间分磨损为三个时期即低磨损区,过度磨损区和高磨损区。耐磨材料的硬度并非都是一样的, 有的耐磨材料外层硬度达到了耐磨要求, 但是受到技术、设备等的影响, 其内部硬度并不理想, 当材料外层磨损掉后, 内部硬度低的材料就很容消耗掉,最终导致整个衬板磨损殆尽。
三、安装和维护耐磨衬板的注意事项
在漏斗上口四周第一块板的上口以及横向接缝处应切成一斜切口即斜接缝, 以防止物料的渗入,不锈钢衬板也应选择沉头螺钉紧固, 衬板之间的接缝距离一般在 10 mm左右。检查安装衬板的平整性, 确保每一个面的衬板都处在一个平面中。要经常检查沉头螺栓的紧固情况, 特别是漏斗外侧安装有振动电机的情况下,避免衬板因螺栓松动而掉落或损伤。如果有一块衬板损坏或脱落, 要更换同型号的漏斗耐磨衬板,以免其他衬板因此发生加剧性磨损。
四、结语
桥式抓斗卸船机在港口码头的应用越来越广泛, 因其具有间歇式的作业属性,所以漏斗是桥式抓斗卸船机卸料系统重要的结构部件, 漏斗耐磨衬板的选择和使用也随之成为桥式抓斗卸船机卸料系统设计的焦点。面对卸船机越来越高的生产效率, 漏斗耐磨衬板的磨损也越来越严重,所以认清漏斗耐磨衬板磨损的机理, 了解影响漏斗耐磨衬板寿命的因素,科学合理的安装、维护漏斗耐磨衬板,都显得那样的迫切和重要。
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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.
关键词:耐磨砼地面;施工准备;施工工艺;质量保证
Key words: wear-resistant concrete ground;construction preparation;construction technology;quality assurance
中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)10-0096-01
1工程概况
本工程位于邯市高开区,为西瓦科电器有限公司实验车间,建筑面积3030 m2,结构形式为钢筋砼独立基础,门式钢架,保温压型钢板屋面。
2地面工程设计
设计选用绿色非金属耐磨地面:做法为:150厚3:7灰土,200厚C25砼, 3厚金钢砂耐磨面层,切缝间距6×6m。
3施工准备
3.1 材料准备该耐磨材料为非金属地面硬化剂,是非金属骨料(碳化硅)与标准水泥及其他渗合料组成,地面硬化剂用量:5kg/m2,材料进场需有出厂合格证方可使用,妥善保管,防潮防水防破损。为了避免色差问题,影响地面观感效果,从原材料入手着力解决这一问题,施工需要的材料:地面硬化剂、水泥、砂石等均采用同一厂家,同一批次,同一颜色产品,并对其质量严格把关。
3.2 机具准备除常用的施工灰土、砼地面的机具外,还需准备以下用具:①空吸水设备或橡皮管:用于除去砼泌水。②专用抹光:具有两种功能:一是加圆盘,类似于木抹子,主要去除浮浆,压实抹平,保证混凝土表面平整、密实。二是卸下圆盘即为十字钢片,可通过调整钢片角度抛光密封地面面层。③滚筒:平整出浆工具。④平底胶鞋:混凝土初凝后使用。⑤防水纸质鞋或防水纸袋:面层压光使用。
3.3 人员配备施工灰土、浇筑地面混凝土常规配备的人员外,还需配备以下施工人员:混凝土整平3人,耐磨材料运输2人,耐磨材料撒布3人,抹光机施工3人,镘刀修平3人。
3.4 施工准备①施工前做先做好水、电管线的预埋。灰土垫层用压路机碾压密实。②按设计标高设置砼模板,用水准仪随时检测模板标高,对偏差处用楔性块调整。③按设计或规范要求,设置分格缝。④混凝土标号按设计要求,所用碎石最大粒径≤30mm,控制水灰比小于0.55,坍落度75~100mm。
4施工工艺
4.1 工艺流程灰土夯实浇筑平整砼除去泌水提浆压光第一次撒布耐磨材料抹平压实第二次撒布耐磨材料 抹平压实表面修饰养护
4.2 操作要点
4.2.1 标高控制:根据建筑物结构基准线,用水平仪在施工区预定出灰土、砼的厚度,根据喜好设置好标记,反复核对,最大误差控制在3mm以内。
4.2.2 灰土施工前,土可用场地内原土,过筛,但不得含有机杂物,含水量要符合规定,白灰要充分熟化过筛,不得含有生石灰块,也不得含有过多水分。灰土搅拌要均匀,虚铺厚度控制好,碾压密实。
4.2.3 砼浇筑前,基层要洒水湿润,混凝土宜选用商品混凝土现场泵送。为减少泌水,应控制好水灰比和塌落度。混凝土的浇筑应分段隔跨组织施工,一次浇筑至标高,局部未达到标高处利用混凝土料补齐并振捣,严禁使用砂浆修补。使用平板振动器振捣密实,并用滚筒多次滚压。柱、边角部位用木抹拍浆。混凝土刮平后水泥浆浮出表面至少3 mm厚。
4.2.4 砼浇筑完毕,采用橡皮管或真空设备泌水,重复两次以上后开始耐磨材料施工。耐磨材料施工前,中期作业阶段施工人员应穿平底胶鞋进入,后期作业阶段应穿防水纸质鞋进入。
4.2.5 第一次撒布耐磨材料及压实、抹平耐磨材料撒布的时机随气候、温度、混凝土配合比等因素而变化。判别耐磨材料撒布时间的方法是脚踩上去,约下沉5mm时,即可开始第一次撒布施工。墙、柱、门和模板等边线处水份消失较快,宜优先撒布施工。第一次撒布量是全部用量的2/3,应均匀落下,待表面变暗后用木抹子抹平或圆盘抹光机压实抹平,切记抹光过度,确保所有的边角都完全压实。
4.2.6 第二次撒布耐磨材料及压实、抹平紧接着进行第二次耐磨材料的撒布,应垂直于第一次方向。先用靠尺或刮杆检查平整度,并调整第一次撒布不平处。第二次撒布量为全部用量的1/3,待表面变暗后用钢抹子或圆盘抹光机压实,抹平,,重复抹光机作业至少两次。抹光机作业时应纵横向交错进行,均匀有序,防止材料聚集。边角处用木抹子处理。
4.2.7 表面修饰及养护面层材料硬化至指压稍有下陷时,抹光机加刀片,(转速及角度视硬化情况调整),进行纵横交错三次以上抛光处理,完成修饰工序。耐磨地坪施工完毕后紧接着喷洒养护剂养护或覆盖薄膜,养护一周。从混凝土整平到覆盖养护,所有操作过程保持在24小时内完成。
4.2.8 耐磨硬化剂地面面层施工完成5~7天后宜马上开始切割缝,以防不规则龟裂。切割应统一弹线,以确保切割缝整齐顺直。切缝深度为地坪高度的1/3。
5质量保证
5.1 备充足的专业施工设备及工具,保证面层收光工艺达到密实平整光洁,保证边角、接合处及最后收光表面的光洁度。
5.2 组织高效、精干的施工管理班子,加强管理、保证施工质量及进度。
5.3 组织临时堆放的材料做好防水防雨工作,该垫起的垫起,该覆盖的覆盖。
5.4 各道工序必须严格按施工规范要求去做。
5.5 做好成品保护工作。
5.6 耐磨地面的起用时间:完工后2~3天可开放行走,7~10天轻型货车可以行驶,28后可以正常使用。
参考文献:
