辊压机和磨辊的堆焊点.docVIP

第一部分 堆焊材料的磨损 1.磨损的基本概念 磨损是由摩擦引起的，在建材、冶金、矿山、电力、机械、国防以及航空、航天等等行业处处存在摩擦，处处都有磨损。材料磨损是两个以上的物体摩擦表面在法向力的作用下，相对运动及有关介质、环境温度的作用使其发生形状、尺寸、组织和性能变化的过程。从磨损的特征与结果分析，任何一种磨损都发生在物体的工作表面上，但不仅物体表面宏观发生变化，而且物体微观组织结构及其性能也会发生变化。 从物理与化学观点分析，磨损是发生在两物体相对运动的表面，而且是在很薄的一层工作表面上，在磨损过程中一个重要的特征是机械能转变为热能，加热与冷却都以非常快的速度进行，物体表面具有相当大的活性和相当高的自由能，材料表面与亚表面的组织与性能同内部是不一样的。对固体金属来说，当温度低时，原子活动较弱，低温变形后，表面的原子数将不会有多大变化，而在高的温度下，表面原子的活动能力增强，因此，材料的结构可能会出现某种程度的调整与改变，结果使金属性质和能量发生变化。材料表面原子会与环境（介质）发生相互作用，产生物理吸附、化学吸附或化学反应，使材料表面可能产生加工硬化层或者形成表面织构，将会影响材料的磨损过程。可以说磨损是一个动态过程。 从原子与作用力分析，由于相互接触的两物体表面，其中一物体表面的原子能与另一物体表面的原子极靠近，甚至进入斥力场，在相对运动时，两表面分子就会产生能量损耗。在相对运动中将有些原子进入斥力场，而有另一些原子将离开斥力场，其变化大小，决定于接触程度，而其定量数决定于统计学的相率。当两物体充分接近时，原子将被排斥而其自然的趋向是回到它原来的位置上去，然而这是个似乎不可能的假说，即原子可能被撞击出，并运动得足够远，以至进入相对表面上另一个原子场内，在这里得到新的平衡位置。也就是说原子可以从一个物体表面上被对面的另一个物体表面俘获去。按汤姆林逊的著作，这就是磨损的实质。 不管如何定义磨损，材料的磨损必然包括三大要素：1、材料的表面特征；2、另一物质（液体、气体和固体）的接触特性，即接触方式、力的传递和表面变形等；3、相对运动。 磨损是一个广泛的领域，可以说每一种磨损都有几种性质不同、互不相关的机理存在，因此在分类上也常出现混乱现象。常见的分类方法见图所示。 磨 损 分 类 图 2.磨粒磨损的分类 在这些类型的磨损中，磨料磨损最为普遍存在，约占各种磨损的50%，粘着磨损次之，约占15%，腐蚀磨损约占8%。划伤式磨损又称低应力磨粒磨损，碾压式磨料磨损又称高应力磨粒磨损。辊压机和煤、立磨的表面磨损均属于高应力磨粒磨损范围。 磨粒磨损按磨损表面的数量可分为两体磨损和三体磨损。两体磨损特点是硬质颗粒直接作用于被磨材料的表面上。三体磨损的特点是硬质颗粒处于两个被磨表面之间。显然辊压机和立磨的磨损属于三体磨损。 磨粒磨损按金属硬度又可分为硬磨料磨损和软磨料磨损。硬磨料磨损条件是金属表面硬度Hm/磨料硬度Ha≤0.8；软磨料磨损条件是金属表面硬度Hm/磨料硬度Ha0.8，在实际应用场合Hm/Ha远大于1的情况下，磨损仍然会发生。因此，我们可以知道辊压机和立磨的磨损显然属于软磨料磨损范围。 3.磨粒磨损基本模型与原理 3.1磨粒磨损简化模型 目前，普遍采用拉宾诺维奇（Rabinowicz）提出的磨粒磨损简化模型来讨论磨粒磨损问题。见下图3-1，并导出定量计算公式。 磨料磨损的简化模型 模型计算假设条件：a磨粒磨损中的磨料为圆锥体；b被磨材料为不产生任何变形的刚体；c磨损过程为滑动过程。磨粒在载荷P的作用下，被压入较软的金属材料中，并在切向力作用下沿较软的金属表面滑动距离为L，犁出一道沟，其深度为t。那么单位滑动距离磨损掉的金属材料体积，即被迁移的沟槽体积（阴影部分），用下式可以算出，即 式中 V——磨损掉的体积，mm3； r ——磨粒圆锥体的半径，mm； t ——磨粒压入金属材料的深度，mm； L——滑动距离，mm。 可以得出 V/L=r·t 因为磨料压入金属材料内的深度，取决于压力的大小和材料硬度的比值，所以 t=r·ctgθ πr2=P/H 代入上式 式中 θ——磨粒圆锥体夹角； P——法向载荷，N； H——金属材料的硬度,MPa； 得到： V/L=P/πH·ctgθ 令磨料磨损系数 Kabr= ctgθ/π 则 V/L= Kabr·P/H V= Kabr 此式表明，在一定磨料条件下，单位距离内磨损体积与外加载荷和滑动距离成正比，而与材料的硬度成反比，并且可以显然看出“θ”角越小，