高耐磨性

2024-09-13

高耐磨性（精选8篇）

高耐磨性篇1

作为一种新型耐磨材料,高硼合金因其含有一定数量的热稳定性好、显微硬度HV高的硬质相颗粒,如:Fe2B(1400～1500),FeB(1800～2000),表现出较好的耐磨粒磨损性能[1],与高铬铸铁合金相比,所需Cr, Ni, Mo等合金化元素量少,经济适用性好。高硼合金通常以铸造成型为主[2,3],而较少以表面熔敷,即誉为“再制造工程”[4]的堆焊方法制备,如用于推土机铲刃、犁铧、泥浆泵叶轮、粉尘排除叶片等零件表面的耐磨层堆焊制造或者修复就极为合适。此外,研究的高硼合金含硼量大多位于1.5%(质量分数,下同)以下,显微组织属于亚共晶结构,其硼化物的典型形态是硼原子优先扩散到晶界等缺陷处而形成的网状或树枝状结构[5],由于α-Fe等基体组织数量偏多,高硼合金的优良耐磨粒磨损性能尚未得到充分挖掘。E. Badisch等[6],F. Bergman等[7]的研究结果显示,当磨粒比初生碳化物显微硬度低时,粗大初生碳化物可有效抵抗磨粒磨损。受上述研究结果启发,并结合以B4C化合物加入形式硼含量增加一定程度时,堆焊硼合金开裂的特点[8],通过采用硼铁(含硼量18%),控制合金中碳含量,并配合改变其他合金组份加入形式,进一步降低材料成本,采用药芯焊丝埋弧堆焊方法制备了硼含量为2.2%～3.8% 的含有初生M2B相的过共晶高硼合金,对其显微组织及耐磨性进行分析研究。

1 实验

1.1 高硼合金制备

药芯焊丝外皮采用16mm×0.3mm的H08A钢,药芯由金属铬(99%Cr)、钒铁(50%V)、硼铁(18%B)、钛铁(30%Ti)、银片石墨(含碳量98%以上)、碳化硼(B4C)、还原铁粉等粉末原料组成。所有药粉研磨过60目筛,称量,混合,搅拌均匀,由药芯焊丝成型机YHZ-1轧制为ϕ4.4mm粗丝,以每次减径0.2mm、经拉丝模拉拔减径至ϕ3.2mm使用。

在150mm×75mm×16mm的Q235钢试板上,药芯焊丝用交流埋弧焊机MZ-1000堆焊三层,工艺参数如表1所示,焊剂HJ260。焊后焊渣自动脱落,焊缝表面光洁,无裂纹等缺陷。试样表面磨平后用HR-150洛氏硬度计测试硬度,所制备高硼合金成分及其硬度值如表2所示,其成分(质量分数/%)为:0.1～1.0 C,11～13 Cr,2.5～3.2 V,2.3～3.8 B,0.5～1.0 Ti,0.5～0.8 Si,0.6～0.9 Mn,余量为Fe。另外,由于药芯焊丝的包粉量有限,以硼铁和少量B4C粉代替部分金属铬加入,制备了0.75% C,4%～5% Cr,2.5%～3.2% V,3.6%～3.8% B的5#高硼合金。

1.2 显微组织及相结构分析

在堆焊焊缝中间线切割制备12mm×10mm× 25mm金相试样,用体积分数为4%的硝酸酒精腐蚀。用光学显微镜Axiovert40MAT观察和分析显微组织;用JSM-6360LV扫描电镜观察硼化物的形貌。

D/MAX2550VB型X射线衍射仪定性分析高硼合金的物相,衍射样品采用粉末试样,水冷切取堆焊合金表层金属,敲碎,研磨为粉末。

1.3 耐磨粒磨损试验

采用MLS-23型湿砂橡胶轮式磨损试验机进行耐磨粒磨损试验,线切割加工制备57mm×25.5mm×6mm耐磨性试样,参数为:橡胶轮直径178mm,邵尔硬度60,所加砝码重24.5N,橡胶轮转速240r·min-1,砂浆比例为1.5kg石英砂(250～425μm)配1kg水。

试样先预磨1000转,冲洗干净,吹干,称初重M0,然后再实验1000转后清洗吹干,称重M1,(M0-M1)即为试样磨损绝对失重量ΔM。以1#堆焊合金作为标准试样,用相对耐磨性ε来表征高硼堆焊合金的耐磨性。

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式中ΔM0为标准试样的磨损失重。

实验结束后,将试样表面用无水乙醇清洗,吹干,用JSM-6360LV扫描电镜观察磨损表面形貌。

2 结果与讨论

2.1 高硼堆焊合金的显微组织及相分析

高硼堆焊合金的金相组织如图1所示,其XRD谱如图2所示。由图1和图2可知,其基体组织由α-Fe铁素体(浅灰色)+马氏体(深灰色)+少量奥氏体γ-Fe组成,硬质相则由大量白色的板条状、块状和针状等M2B型、条状M3(B,C)型硼化物和点状碳化物V2C构成。

从Fe-B二元相图[9]可知,当硼含量高于3.8%,熔体温度冷却至1149℃,L3.8(硼含量为3.8%的液相)→γ-Fe+Fe2B,加入强铁素体化元素Cr,V,Fe-B合金的共晶成分转变点向左偏移,形成硼含量低于3.8%的过共晶组织。由于Cr,V等金属原子代替了部分铁原子,致使初生Fe2B改变为M2B,M代表Fe,Cr,V等金属原子。高硼合金的相变过程可描述为:L→M2B(初生相)+L→M2B(初生相)+共晶组织(γ-Fe+M2B)→M2B(初生相)+共晶组织 (α-Fe+M2B)。富碳含硼的γ-Fe析出V2C,M3(B,C),转变为铁素体或者马氏体,即有:共晶γ-Fe→α-Fe+ M3(B,C)+V2C,实际共晶组织为:α-Fe+M2B+M3(B,C)+ V2C,而图2(a)所示M3(B,C),V2C相XRD特征峰强度低可知,这两相数量少,但一定数量细小V2C相颗粒弥散析出,使α-Fe晶粒减小,合金韧性增强。

图1(d)显示,硼含量3.6%～3.8%的5#合金具有大量密集分布的四边形初生相,而图2(b)所示其硬质相有M2B,M3(B,C),V2C和B4C,其中M2B相特征衍射峰强度高,可确定该初生相为M2B型硼化物。对比图1(a)～(c)可知,初生M2B相数量主要取决于堆焊合金的硼含量。

0.7%C的3#试样初生M2B相比0.1%C的1#试样尺寸明显大,而1.0%C的4#试样,其初生M2B相尺寸减小,这表明,碳含量显著影响高硼合金初生M2B相的颗粒尺寸。

由于碳原子比硼原子体积小,且从Fe-B二元相图可知,硼在γ-Fe最高溶解度也只有0.02%[9],这导致碳原子优先占据γ-Fe相的间隙空间,其结果相当于排斥硼原子,致使局部区域硼浓度增加,有利于M2B相长大。但碳含量过高,γ-Fe相组织稳定且数量增多,而Guo Changqing等[10]认为固溶Cr,V和Ti等合金化元素增大γ-Fe晶格畸变,使γ-Fe中硼的溶解度提高至0.185%～0.515%,从而使局部区域硼原子浓度下降,M2B相尺寸减小。

图3为高硼合金的硼化物形态,其初生硼化物呈板条状、块状分布,而共晶硼化物则以针状、鱼骨状和蜂窝状等形态分布,其中图3(a)所示1#合金初生M2B板条相宽度为10～20μm,图3(b)所示3#试样该相宽度为20～40μm,颗粒尺寸偏小,而图3(c)所示5#合金M2B初生相为四方形,颗粒长宽为15～25μm,且均匀分布。由此可知,高硼合金的硼、碳含量均对其初生硼化物形态和颗粒影响较大。

2.2 堆焊合金的耐磨性

2.2.1 碳含量对高硼合金硬度及耐磨性的影响

碳含量对高硼合金的宏观硬度和相对耐磨性ε的影响如图4所示。由图4可知,硬度和相对耐磨性ε随碳含量提高,均为先增加后下降。如0.1%C,硬度HRC仅为41.2;0.7%C,硬度高达66.5,ε从1.0提升至5.6;但碳含量增至1.0%,硬度降至62,ε仅为1.6。另从图3可知,1#试样的共晶组织多,初生M2B相颗粒小;3#的初生M2B相大,共晶组织少。由于长且宽的初生M2B相可以有效阻碍金刚石压头或者磨粒压入,从而合金表现高的宏观硬度和耐磨性。这说明,碳含量改变,引起高硼合金中初生M2B相尺寸变化,从而影响其硬度及耐磨性。

2.2.2 表面磨损形貌

从1#, 3#和5#试样的表面磨损形貌(见图5)可以看出,经过耐磨粒磨损试验后,三者表面均有沟槽与显微裂纹,但沟槽深度与裂纹形态不同,这表明形成磨损碎屑的机制有两种:显微切削与断裂。图5(a)显示,1#试样磨粒切削沟槽较多且较深,显微裂纹较少;与1#试样相比,图5(b)所示3#合金切削沟槽深度显著降低,部分区域出现碎裂、剥落现象;图5(c)所示的5#试样的沟槽深度进一步减小,碎裂、剥落区域面积扩大。与图3进行对比分析,可知这些碎裂区域主要位于初生M2B相颗粒之间,即为共晶组织。这表明,随着初生M2B相体积分数增加,其磨损机制逐渐从磨粒的显微切削为主,转变为显微断裂和显微切削共存。

在以磨粒显微切削为主要机制的磨损中,大量细小弥散分布的硬质相颗粒提高合金强度,增加磨粒锲入合金表面及其切削运动的阻力,但部分细小颗粒随切屑流失而丧失耐磨质点作用。粗大初生M2B相嵌入深,不易脱落,显微硬度高,既可有效抵抗磨粒压入,又阻碍磨粒的显微切削运动,从而显著改善合金的耐磨粒磨损性能,但初生M2B相过多,共晶组织聚集,断裂韧性下降,裂纹形成和扩展等导致颗粒剥落而造成磨损量增加,微观断裂机制逐渐占主导地位。

3 结论

(1) 高硼堆焊合金(0.1%～1.0% C,4%～13% Cr, 2.5%～3.2% V,2.2%～3.8% B)的基体组织由α-Fe+少量γ-Fe组成,硬质相则由大量的初生M2B型、少量的共晶M2B型、M3(B,C)型硼化物和V2C构成,其中M代表Fe,Cr,V等金属元素,碳含量改变,引起初生M2B相尺寸改变而影响其硬度及耐磨性。

(2)随高硼合金初生M2B相体积分数增加,磨损机制逐渐从显微切削为主,转变为显微断裂和显微切削共存,初生M2B相尺寸对耐磨粒磨损性能影响显著。

参考文献

[1]符寒光,蒋志强.耐磨铸造Fe-B-C合金的研究[J].金属学报,2006,45(2):545-548.

[2]FU Han-guang,XIAO Qiang,KUANG Jia-cai,et al.Effect ofrare earth and titanium additions on the microstructures andproperties of low carbon Fe-B cast steel[J].Materials Scienceand Engineering A,2007,466(1-2):160-165.

[3]LIU Zhong-li,LI Yan-xiang,CHEN Xiang,et al.Microstructureand mechanical properties of high boron white cast iron[J].Mate-rials Science and Engineering A,2008,486(1-2):112-116.

[4]徐滨士.纳米表面工程[M].北京:化学工业出版社,2004.10-13.

[5]JEONG WAN YOO,SEONG HUN LEE,CHONG S YOON,etal.The effect of boron on the wear behavior of iron-based hard-facing alloys for nuclear power plants valves[J].Journal of Nu-clear Materials,2006,352(1-3):90-96.

[6]BADISCH E,MITTERER C.Abrasive wear of high speedsteels:Influence of abrasive particles and primary carbides onwear resistance[J].Tribology International,2003,36(10):765-770.

[7]BERGMAN F,HEDENQVIST P,HOGMARK S.The influenceof primary carbides and test parameters on abrasive and erosivewear of selected PM high speed steels[J].Tribology Internation-al,1997,30(3):183-191.

[8]龚建勋,李煌,肖逸锋,等.Fe-C-Cr-V-B系高铬堆焊合金的显微组织及耐磨性[J].材料工程,2009,(5):22-25.

[9]崔崑.钢铁材料及有色金属材料[M].北京:机械工业出版社,1980.83-87.

[10]GUO Chang-qing,KELLY P M.Boron solubility in Fe-Cr-Bcast irons[J].Materials Science and Engineering A,2003,352(1-2):40-45.

高耐磨性篇2

提高耐磨件的耐磨强度==制砂机提高工作效率文章来源：法钢特种钢材

黎明重工制砂机，又名节能复合细碎机，该机综合了锤式破碎机、反击式破碎机、冲击式破碎机的优点，在机制砂市场上逐渐代替原有的立式冲击式破碎机。制砂机广泛应用于各种矿石、水泥、耐火材料、铝凡土熟料、金刚砂、玻璃原料、机制建筑砂、石料以及各种冶金矿渣的细度破碎，对碳化硅、金刚砂、烧结铝矾土、美砂等高硬、特硬及耐磨蚀性物料，制砂机比其它类型的破碎机更高效。

高耐磨性篇3

申请公布日:2016.05.18

申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石化上海石油化工股份有限公司

地址:100728北京市朝阳区朝阳门北大街22号

发明人:季春晓;黄翔宇;顾文兰;曹阿民;刘瑞超;孙景景;郑彩红;袁玉红;蔡莺莺;张红卫

Int.Cl:D06M15/507(2006.01)I;D06M15/55(2006.01)I;?D06M15/53(2006.01)I;D06M15/647(2006.01)I;D06M13/152(2006.01)I;D06M101/40(2006.01)N

高耐磨性篇4

选煤厂使用重介系统洗煤, 煤流中含有大量的铁粉, 排矸石系统中排出25%~50%的矸石, 由于铁粉、大块矸石对重介洗煤生产工艺煤流系统用普通锰板制做的集料箱、稳流箱、溜槽等的磨损及冲击, 易磨损坏, 尽管在冲击处焊接上了一排“工”字钢, 但还是每2个月便将集料箱、稳流箱、溜槽等磨损坏, 平常几乎每4~5天焊补一次, 修复几次后, 集料箱、稳流箱、溜槽将报废, 造成维修量大, 材料、配件费用高, 不仅影响生产时间长, 而且有时甚至导致连续停产, 每年加上维修费用至少损失300万元左右。

由于重介系统使用的介质为铁粉, 因此系统中含有含有大量的铁粉, 对重介管路、计量煤泥桶等系统形成的磨损严重, 普通耐磨管路等系统使用期限为3个月, 因此必须研究在重介生产介质走向工艺管路系统中添加新的化学成份, 使介质走向工艺管路系统耐磨性增强。

2 解决问题的科学技术创新

白庄煤矿选煤厂针对重介系统洗煤存在的上述问题, 与山东科技大学专家在现场反复研究、实验, 研发了高耐磨抗冲击科技创新技术, 具体如下:

1) 溜槽设计特殊, 打破倾斜斜角溜槽传统观念, 设计角度独特的溜槽, 耐磨处程直角, 并在直角处安装斜板, 制造溜槽假体, 使斜板磨透后, 物料自动在斜板下堆积, 形成物料斜面, 使物料冲击物料, 从而延长溜槽使用寿命。这一技术正在申请专利。

2) 所有弯头均改变传统设计理念, 采用四方体9弯头, 出口角度可根据现场需要随意确定, 四方体内部粘贴耐磨铸石, 从而提高弯头的耐磨性, 比传统一般弯头延长使用寿命至少10倍以上。

3) 耐磨管路短接采用可伸缩短接, 使管路短接在连接设备与管路时, 安装更加方便, 省时省力, 提高了工作效率。

4) 重介洗煤生产工艺系统中用的集料箱、稳流箱、溜槽材料配方特殊, 具有高弹性、高耐磨性、高抗冲击性。

5) 耐磨材料安装布置特殊, 高低形状不同的耐磨材料互相搭配, 易安装, 使用寿命长。

6) 耐磨材料耐腐蚀能力强, 抗磨损性提高。合金中的Ni元素、Cr元素的含量直接决定了材料的耐温性能。Cr元素、Cu元素的含量决定了材料的耐腐蚀能力, 这些元素成份的合理搭配, 使该新型耐磨衬板合金材料同时具备几种性能, 如既具备很高的耐磨性能, 又具备很高的耐腐性能, 故能适应各种恶劣工况条件的使用。

3 社会效益、经济效益

重介洗煤生产工艺系统高耐磨抗冲击技术在白庄煤矿选煤厂应用后, 效果良好, 取得了较好的社会效益与经济效益。

1) 降低维修成本:减少磨耗使设备产能降低及耗电增加的损失, 减少工人劳动强度, 一次投资长期受益, 性价比高;耐磨材料虽然制造成本提高, 但使用寿命数倍提高, 使得维修费用和停机损失大为降低, 经计算, 其价格性能比比普通材料高约2—4倍。

2) 提高经济效益:减少停机时间提高设备运转率, 提高设备作业率, 减少停产检修损失, 提高产能, 增加效益。

3) 改善生产环境:大大降低磨耗破损落料而污染环境, 避免跑冒滴露, 有利环境保护, 有利于厂区清洁, 减少恶劣环境工作时间, 减少高空和狭小空间作业, 降低工作强度。

耐磨集料箱、稳流箱、溜槽等系统使用寿命延长到1~2年以上。

高耐磨性篇5

1 微晶玻璃的介绍

微晶玻璃是综合玻璃的一种, 它的学名又称为微晶玉石或者陶瓷玻璃, 微晶玻璃的应用是从国外引进的新型工业材料。微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重性质, 因此微晶玻璃结合了两者的优点。构成玻璃的原子是没有规则性的, 排列顺利没有规律性是杂乱无章的所以玻璃比较易碎, 陶瓷的组成是由一定排列顺序的晶体构成, 所以陶瓷要比玻璃有更强大的延展性且不易碎, 所以玻璃和陶瓷优点性质结合就构成微晶玻璃具有亮度高和韧性强等优点。

微晶玻璃是由玻璃和结晶组构成, 两者的比例是实际情况变化而变化的, 当玻璃占的比例较大时, 玻璃就变成相连接的基体, 晶体就散落均匀的分布在其中, 反之当晶体占得比例较大时, 晶体为基体玻璃就分散在由晶体构成网架中呈现出连续的网状结构。所以微晶玻璃具有机械强度高、绝缘性高、介电常数稳定、膨胀系数可调节、耐化学腐蚀和高温不化等优良的特点, 这就为微晶玻璃可以广泛使用奠定基础。

目前微晶玻璃制备方法一般常用的有3种:熔融法 (整体析晶法) 、烧结法和溶胶-凝胶法。在工业使用中熔融法和烧结法应用更加广泛, 所以这里仅介绍这两种制备工艺, 其中整体析晶法, 利用加入晶核剂使玻璃内形成晶核, 再经过加热促进晶核增大, 最后与普通生产普通玻璃一样;烧结法, 是利用玻璃原料熔融再淬火形成玻璃原料, 将玻璃原料装入模具进过热处理核化之后获得产品, 这类方法主要是生产CAS系列的微晶玻璃板, 这种玻璃版机械度高, 并且具有好的光泽度和耐腐蚀性的优良特性, 所以一般情况下都是代替天然大理石材, 使大理石材更具有卖场和市场。

目前微晶玻璃制备工艺已经比较成熟, 应用范围比较广泛, 但是在制备微晶玻璃时, 一般采用的制备微晶玻璃的窑炉是属于小型池窑, 小型池窑一般的融化量最高只有100 t/d, 因此小型池窑制备出的微晶玻璃有融化量小、窑炉内不可控制性、五泡界限、泡沫浮渣多和玻璃液不稳定的缺点, 所以接下来就整体析晶制备超耐蚀高耐磨微晶玻璃窑炉基本结构进行阐述, 探索窑炉的内部结构如何合理化设计, 促进提高微晶窑炉的融化能力和增加窑炉中微晶玻璃的寿命, 进一步提升微晶玻璃的质量。

2 超耐蚀高耐磨微晶玻璃窑炉色设计的基本结构

2.1 投料口的设计

投料口可以设计为, 窑炉的投料口与玻璃生产线的方向应该保持平行。使微晶玻璃辅料或者配合料可以从正面直接投入到窑中, 由于微晶玻璃窑炉中原料不易融化, 所以一般情况下不采用投料池或者是采用小型的投料池。为了解决微晶玻璃形成不熔配料长带及严重的凝固现象, 可以选择特制的斜毯式投料机, 在保证投料前温度的基础上加宽投料池, 提高投入的玻璃原料覆盖面增大, 加速熔化的能力。

另一方面, 也可以采用窑炉的投料口与玻璃生产线的方向保持垂直。使微晶玻璃的配料和辅料从侧面直接投入到窑炉中, 所以在设计投料口时要通过合理科学的计算, 确定投料口与前脸的位置, 保障足够宽度的投料口, 从而有效地减少跑料和冻料的现象, 提高微晶玻璃的熔化能力。

2.2 熔化带的设计

熔化带是熔化部的组成部分, 是靠近投料口的区域, 在制备微晶玻璃的过程中起着重要的作用, 起着熔化微晶玻璃液, 决定着微晶玻璃窑炉的熔化能力。微晶玻璃在澄清带会先排除微晶玻璃中的气泡或者浮渣的处理, 排除的微晶玻璃中气泡的数量直接决定着微晶玻璃板的成品率。因此在熔化部这部分我们可以在窑池中的池壁上采用三层排列方式, 在一二层中采用致密的锆砖, 在第三层中采用致密的铬砖, 在三种砖的排列中为了保证窑池效果好可以采用横向排列, 减少窑池的腐蚀度。在窑池底温度设计过程中可以采用稍高温, 一定的保温会促使微晶液的熔化率提高, 但是温度提高到1 400℃为止, 超过1 400℃时就会加速窑池中的腐蚀度, 严重的情况会造成跑料事故发生, 所以为了使微晶玻璃的质量品质提高, 则一定保持窑池的温度。

2.3 流液洞的设计

流液洞是连接熔化和工作部的纽带, 在促进微晶玻璃更好地分割和冷却的同时还可以阻挡微晶玻璃液中浮渣。流液洞在工作时气流对其造成的影响很大, 所以在设计流液洞的时候应在流液洞周围设有吊墙、搅拌器等设施, 降低气流对熔化部的影响, 来增加流液洞的作用如降低浮渣的含量等, 吊墙用于分割工作空间, 搅拌器是用来加强微晶玻璃的均匀性, 让气泡的含有量降低, 从而提高微晶玻璃的质量。

2.4 工作部的设计

工作部是制备微晶玻璃过程中最后的部分, 它是成品成型的最后步骤, 主要功能是均化冷却微晶玻璃。微晶玻璃的生产环境是要求无污染的环境, 所以为了满足这特殊的要求, 在工作部采用耐冷热能好的硅线或是粘土的土砖构成, 并且在工作部宽度应该设计为1 000~1 200 mm。在工作部顶部设计两道闸板, 其中一道是用来控制微晶玻璃流量液, 另一道是用来做为保护的安全闸板。

综上所述, 在超耐蚀高耐磨微晶玻璃窑设计时有不同的影响因素制约着微晶玻璃的质量, 如微晶玻璃原料成分、微晶熔化温度与微晶窑炉熔化面积等多种因素, 所以与一般玻璃窑炉相比, 建造超耐蚀高耐磨微晶玻璃窑挑战比较大, 该文仅仅在其窑池设计方面进行了简单的分析, 希望在实践的过程中可以给相关企业提供一定参考建议, 在设计提高超耐蚀高耐磨微晶窑炉方面提供思考的方向。

参考文献

[1]张立强, 伍琳娜.玻璃窑炉池壁侵蚀的控制和热修[J].玻璃, 2012 (6) :11-13.

[2]宁伟, 汪庆, 卫路飞, 等.微晶玻璃的电熔窑炉的研究设计及探讨[C]//庆祝中国硅酸盐学会成立六十周年全国玻璃窑炉技术研讨交流会.2005.

高耐磨性篇6

煤矿井下皮带托辊属于易损件, 由于环境潮湿、粉尘大, 传统的钢制托辊易腐蚀、磨损。针对这一现象, 研制出一种新型改向密封型的非金属托辊, 使得托辊的密封性大大提高, 阻挡了水分、粉尘等污物进入轴承座内, 同时质量减轻, 易于安装。

1 托辊密封结构设计及管体配方

托辊主要由管体、轴承座、轴承、密封件, 润滑脂和轴组成。现在各行业应用最广泛的是金属托辊, 其筒体一般采用高频焊管加工而成。实践证明, 托辊的失效形式一般为轴承不能灵活运转, 原因除了常规的疲劳失效外, 固体颗粒、腐蚀性气体和液体的侵入也是极重要的因素。所以, 延长托辊寿命的核心是要有良好的密封装置来保证轴承的灵活性。

鉴于传统托辊存在的缺点, 设计出新型改向密封结构 (如图1) 。为了保证托辊的密封效果, 采用四道密封结构, 即将传统托辊的内外密封改为内、外各两套密封, 即内密封件A和内密封B、外密封件A和外密封件B。该结构在托辊转动时, 可以形成四道阻隔墙, 彻底截断了水和灰在“万有引力”下延伸的趋势。在水和灰从上部的缝隙下来碰到阻隔墙后, 由于不能再继续向前延伸, 增加粉尘、水等污物的爬坡长度和难度, 使污染物在通过密封件表面时改变其前进方向, 无法进入轴承座内, 提高防尘防水的密封效果。这样, 托辊就实现了在淋水、粉尘和稀泥工况下的零污染长期运行。并且不需要在各层迷宫密封腔中填充过多的润滑脂, 有效减小了旋转阻力。

管体采用聚氯乙烯树脂。经挤压成型制得的塑料管材是一个聚氯乙烯圆柱筒。聚氯乙烯树脂 (PVC) 是一种非结晶、极性的高分子聚合物, 软化温度和熔融温度较高, 由于PVC熔体延展性差, 易导致熔体破碎;PVC熔体松弛慢, 易导致制品表面粗糙、无光泽及鲨鱼皮等。因此, PVC加工时往往需要加各种人工助剂、加工改性剂和冲击改性剂等各种辅料, 以改善其熔体上述缺陷, 对PVC进行加工改性和冲击改性, 使之可以加工成为有用的产品。在设计PVC管材配方时, 将应用条件、制品结构、加工设备、工艺条件、加工成本等各方面因素, 同配方一起综合考虑, 并通过试验进行相应调整, 最终获得具有优良耐磨、抗冲击性、抗静电的PVC配方。

随着CPE用量的增加, PVC的拉伸强度和硬度下降, 冲击强度和伸长率上升。因此综合配方中其它组成以及挤出机塑化能力, CPE加入量在8—10份。

通过以上研究和依据企业的使用要求, 拟定了最佳配方, 该配方经过在65/132-160PVC管材生产线上生产, 所生产管材外观平滑细腻、管体耐磨、抗冲击性能、抗静电性能均符合MT/T1019规定。

托辊轴是由45号钢锻造而成的, 在轴的加工过程中车出安装弹簧垫圈的凹槽, 在安装中使弹簧垫圈牢牢固定在凹槽中, 保证了托辊的轴向窜动。

轴承座是由聚氯乙烯通过注塑成型的, 改变了传统的铸钢托辊的笨重结构。这种轴承座外表面设计有3根凹槽, 与辊筒相配合, 增加轴承座与轴之间的接触面, 提高托辊的使用寿命。轴承座端面外圆采用弧形棱角, 平滑不毁胶带, 解决了以往直棱角易割胶带的难题。

2 工艺的优化

托辊主要由四大部分组成, 分别为托辊轴、托辊管、轴承座 (轴承座外壳、密封圈、轴承) 和端盖。托辊的装配就是将这些不同的部件按照工艺要求进行装配, 使得装配完成的托辊达到合格的性能要求。

产品生产工艺流程:原材料检验→配件加工→配件检验→托辊装配→出厂检验。

科技小组经过多次装配, 结合产品特点, 优化产品装配工艺, 自制一套三件托辊装配压装设备, 甄选最优装配方案并要求员工严格按规程操作, 最大限度保证装配出来的产品性能指标合格。其装配工艺分为三歩:

第一歩, 轴承座、管体粘结工艺流程:管体一侧涂胶→轴承座涂胶→轴承座与管体粘结→另一侧管体涂胶→另一个轴承座涂胶→该侧轴承座与管体粘结→自检→放置→填写标示卡。

第二歩, 轴承、管体压装工艺流程:轴两侧靠近轴心处分别安装弹簧垫圈→轴的一侧安装轴承轴承外侧安装弹簧垫圈→将轴压入管体内→轴的另一侧安装轴承→轴承外侧安装弹簧垫圈→自检→转入下道工序→填写标示卡。

第三步, 密封圈、端盖安装工艺流程:内、外密封件涂托辊专用润滑脂→连接件内、外表面涂PVC硬塑专用胶→将密封件与连接件粘接牢固, 一并套在轴上压紧→压上端盖、弹簧垫圈→填写标示卡。

3 结语

经过工业性试验, 该新型改向密封式托辊显示出了寿命长、返修率低、成本低、质量轻的优点:托辊重量轻, 更换方便;安装、拆除、维修工作强度小, 使用方便;具有阻燃性和抗静电特性;耐腐蚀性强, 密封好;耐疲劳性、抗冲击性、存热固化成型性较强;减少胶带的磨损和运行阻力。

摘要：针对传统金属托辊存在的缺陷, 研制了具有寿命长、返修率低、成本低、质量轻等优点的新型改向密封式托辊。

高耐磨性篇7

关键词：新型高抗冲耐磨材料,水利工程,应用分析

1 硅粉混凝土在水工混凝土中应用的意义

自20世纪80年代初, 美国在一些水工泄水建筑物的修补中采用高强硅粉混凝土作为维修材料使用成功之后。我国的一些科研单位从1985年也开始了对高强硅粉混凝土研究工作, 研究结果表明, 在水泥用量相当的情况下, 掺入硅粉可使混凝土的抗压强度提高1.3～2.3倍, 抗水沙冲磨强度提高1.3～3.5倍, 抗空蚀强度提高1.6倍以上, 说明掺入硅粉, 不仅仅只是为了提高混凝土的抗压强度, 最主要的是它能够显著的提高混凝土的抗冲耐磨能力, 尤其是能够大幅度的提高混凝土的抗空蚀能力。在研究的基础上, 硅粉混凝土被工程界逐渐接受并先后在龙羊峡水电站、李家峡水电站、葛洲坝、刘家峡、龙羊峡、二滩、小浪底等许多工程中都使用了硅粉混凝土。可以说, 硅粉混凝土是目前国内水电工程中使用量比较大的抗冲耐磨材料。尽管如此, 我们认为经过这么多年的应用和工程考验, 已经积累了比较多的资料, 应该对硅粉混凝土的应用情况进行必要的总结和客观的评价, 这对提高抗冲耐磨材料的研究水平和高速含沙泄水建筑物护面抗冲磨抗空蚀的设计水平具有重要意义。

2 多元胶凝粉体新型抗冲磨混凝土的开发研究

在水泥中掺入具有不同颗粒分布和活性的细掺合料可以获得多元胶凝粉体材料。多元胶凝粉体材料的核心作用是紧密堆积效应和复合胶凝效应。通过掺入特定颗粒分布的粉体调整水泥熟料粉体的颗粒级配, 使混合粉体具有紧密堆积结构;优化多元胶凝粉体的活性组分、含量和细度, 调控其各组分胶凝反应的进程匹配, 水化放热过程和强度发展过程, 达到根据需要定制设计多元胶凝粉体, 用于配置高性能高抗冲磨混凝土, 克服硅粉系列抗冲磨混凝土早期强度发展过快, 水化热集中释放, 收缩大的弱点, 充分利用混凝土的中后期的强度增长。

3 降低高强抗冲磨混凝土体积收缩技术措施的研究

硅粉混凝土的干缩和自干燥收缩远大于普通混凝土, 这是导致其施工期极易发生裂缝又一主要因素。收缩大不仅仅是硅粉混凝土的独有弱点, 而是低水胶比、高强, 特别是早期高强度混凝土的通病。目前工程应用的硅粉抗冲磨混凝土的设计强度等级一般为C40-C70, 水胶比一般控制在0.35以下, 从而引起混凝土自干燥收缩的显著增大。干缩是由于混凝土中的水分从表面蒸发, 失散到空气中, 表层毛细孔失水形成毛细张力而引起的收缩;自干燥收缩则是由于混凝土中胶凝材料的快速水化;大量吸收水分, 造成内部毛细孔失水, 形成毛细张力而引起的收缩。高强混凝土的水胶比普遍较低, 其胶凝材料的水化产物在水化早期便很快堵塞了毛细孔管道:阻碍了外部养护水向混凝土内部的迁移, 造成内部失水自干燥而收缩。通过掺加浓缩剂, 降低混凝土中毛细孔的毛细张力和收缩力, 从而减小干缩和自干燥收缩已成为提高高强混凝土体积稳定性的有效措施, 开始逐步在工程中应用。

早期快速水化引起的水化热集中释放、高温升、干缩和自干燥收缩是导致硅粉混凝土在施工期发生裂缝的主要因素。提高抗冲磨混凝土的体积稳定性、减少混凝土收缩, 比提高混凝土极限拉伸更能有效提高施工期抗冲磨混凝土抗裂性, 抑制裂缝发生。表1为掺有减缩剂KH-21的抗冲磨混凝土干缩和自生体积变形试验结果, 掺量2%时能降低干缩率40%以上, 对混凝土的其他性能没有不利影响;在水泥品种选择适当的情况下, 还可使混凝土自生体积变形转变为微膨胀型, 明显提高高强抗虫磨混凝土的抗裂性。

4 抗冲耐磨混凝土选择中的注意事项

众所周知, 高速水流的空蚀一旦产生, 任何材料一般均会发生破坏, 因此对于如何选择减免空蚀破坏的工程措施, 一般来说, 首先在于防, 即通过工程措施防止空蚀的发生, 如采用给高速水流掺气的工程措施减免空蚀, 使结构体形流线化并限制过流表面的平整度等;其次才在于抗, 即选择抗磨抗空蚀性能好的材料, 当空蚀产生后, 使破坏的速度和危害尽可能的减小。那么选择材料时应注意的事项应该也服从这一防和抗的关系, 即以预防空蚀为主, 以选材抵抗空蚀破坏为辅。具体的讲, 就是选择抗磨抗空蚀材料时, 首先应要求所选用的材料不能造成产生空蚀的条件。

4.1 混凝土护面应易于护面, 以满足设计要求的平整度, 这就要求所选用的混凝土施工和易性好。

4.2 要求护面材料在宏观上比较均质, 这就要求所选用的混凝土必须满足施工简单, 质量容易控制, 以保证混凝土的强度均方差较小, 在水流的冲刷和含沙水流的磨损作用下不致产生能够产生空蚀的不均匀的不平整表面, 即再生不平整度应该满足要求。

4.3 所选用的混凝土施工后的表面, 不应产生较大的裂缝, 以免由此产生空蚀破坏, 即所选材料应尽可能的不产生裂缝。

4.4 另外, 所选材料应满足高速水流的特点。具体的讲, 就是施工后的护面, 能够承受高速水流脉动压力作用和高动水压力的作用, 在高速水流的长期作用下, 自身能够保持稳定。尤其是当空蚀发生并形成坑洞后, 不会产生沿裂缝的断裂冲毁破坏。

一种新型的抗冲耐磨材料-HF高强耐磨粉煤灰混凝土 (HF混凝土) , 由于具有与硅粉混凝土相当的抗冲耐磨性能和抗空蚀性能, 同时克服了硅粉混凝土易于裂缝和施工困难的缺点, 在工程应用中取得了较大的成功, 证明是一种符合以防为主兼顾优良的抗磨抗空蚀性能又能够满足高速水流脉动压力和动水压力作用保持自身稳定的护面材料。

参考文献

[1]杨春光, 王正中, 田江永, 黄玉祥.抗冲磨混凝土的研究应用和发展[J].中国农村水利水电, 2006, 6.

高耐磨性篇8

本工程所在的大渡河流域中游属亚热带湿润气候区, 河谷地区四季明显, 年平均气温一般为13~18℃, 极端最低气温一般-5℃左右, 最高气温多发生在7、8月。本流域多年平均年蒸发量1637.5mm (20cm蒸发皿) , 多年平均相对湿度69%, 多年平均风速2.3m/s, 多年平均年降水量801.3mm, 历年最大日降水量108.6mm, 年平均降水日数143d。

2 工程特点

(1) 泄洪洞泄流量达3503m3/s, 流速高达42m/s, 因此, 对过流面抗冲耐磨混凝土表面平整度和光滑度的要求非常高, 混凝土表面平整度按照5mm/2m控制。

(2) 泄洪洞出口挑坎面层立面结构线为8m长直线和半径150m的圆弧组成, 圆弧角度从17.53~26.53°渐变, 平面上宽度自小桩号16.32m扩散为24.0m, 挑坎面层硅粉混凝土结构为圆弧双向渐变结构, 体形控制难度大。

(3) 泄洪洞挑坎顺水流方向为77m, 最大宽度为24m, 面层抗冲耐磨混凝土厚度为1m, 混凝土标号为C9050W6F100硅粉混凝土。由于底板为高标号薄板结构, 块体尺寸大, 施工期内部温度控制和防裂施工难度大。

(4) 挑坎面层硅粉混凝土结构为圆弧双向渐变结构, 采用翻模施工工艺, 翻模时间难以掌握, 收面难度大。

3 泄洪洞挑坎面层混凝土施工方案

3.1 混凝土配合比设计

C9050W6F100混凝土的胶凝材料采用嘉华中热42.5水泥, 涛峰I级粉煤灰 (掺量20%) , 东蓝星硅粉 (掺量5%) 。江苏博特的JM-PCA聚羧酸高性能减水剂 (掺量为水泥用量的0.9%) , 山东华伟银凯的NOF-AE引气剂 (掺量为水泥用量的0.4/万) 。泵送混凝土坍落度控制为15±1cm, 出机坍落度为不大于20cm。常态混凝土浇筑时坍落度7~9cm, 出机坍落度不大于16cm。

3.2 挑坎面层混凝土浇筑

3.2.1 挑坎面层混凝土施工方法

出口挑坎面层混凝土 (泄) 1+077.5~1+099.5段采用无面模工艺 (该段坡度较小, 直接根据收面轨高程收面) , (泄) 1+099.5~1+152.5段采用翻模工艺。混凝土浇筑时考虑到陡坡上抹面人员无法站立的情况, 拟在陡坡上按照一定间距设置绳梯, 绳子上挂三角木, 下面铺设保温被, 从而完成抹面工作。

3.2.2 挑坎面层混凝土分仓

出口挑坎最大长度为75m, 考虑硅粉混凝土温控要求高, 出口挑坎面层混凝土根据结构特点按11~14m长度分为5仓进行浇筑, 分仓方式见图1。

3.2.3 挑坎面层混凝土入仓

出口挑坎硅粉混凝土全部采用常态混凝土入仓, 混凝土入仓方案为:第Ⅰ、Ⅱ仓混凝土采用0.5m3长臂反铲入仓, 第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ仓混凝土采用泵机入仓。

3.2.4 模板安装

出口挑坎面层混凝土施工主要采用翻模工艺施工, 采用“内拉内撑”的支撑形式, 便于气泡的排出和辅助拉杆孔的修补。模板采用全新普通钢模板 (P3015) 拼装为主, 木模补缝。采用翻模施工, 模板铺设在顶撑的上方, 并根据现场实际情况适当架设。每个翻模单元划分为0.9m×1.5m。拉杆采用准14钢筋, 与准20锥形套连接, 翻模后锥形套取出。

3.2.5 刮面轨安装

刮面轨的设置:

第Ⅰ、Ⅱ仓采用准20圆钢制作刮面轨进行收面, 刮面轨沿顺水流方向布置, 间距2.0m, 共布置9组;局部间排距可以根据现场实际情况予以调整。第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ仓翻模区域直接进行人工抹面收光。

3.2.6 混凝土浇筑

混凝土浇筑主要采用2台泵机/长臂反铲入仓, 4道溜筒 (溜槽) 辅助入仓, 浇筑时按1.2m×1.5m间排距开一个0.6m×1.5m (2块P3015模板大小) 的进料孔, 保证振捣密实。溜筒 (溜槽) 以导管出口为中心进行搭设, 混凝土通过挂在溜筒 (溜槽) 入仓。溜筒 (溜槽) 底部距待浇混凝土面高度不大于1.5m。硅粉混凝土浇筑时应尽量减小, 以有效控制温度裂缝。

凝土浇筑前先均匀铺设一层2~3cm水泥砂浆, 砂浆配合比与混凝土的浇筑强度相适应, 并保证混凝土与基岩面结合良好。翻模区域每小时浇筑高度约15cm厚 (翻模部位最大圆弧长约55cm) , 浇筑层厚控制在30~50cm之间, 振捣采用准70或准50软轴振捣器, 振捣标准以不显著下沉、不泛浆、周围无气泡冒出为止。注意层间结合, 加强振捣, 确保连续浇筑, 防止漏振、欠振。同时振捣器在仓面应按一定顺序和间距逐点振捣, 间距为振捣作业半径的一半, 并应插入下层混凝土约5cm深。振捣器不得紧贴模板、监测仪器等埋件, 避免引起模板变形和爆模, 必要时辅以人工捣固密实。混凝土浇筑过程中, 严禁向仓内加水, 仓内泌水必须及时排除。浇筑过程中模板工要加强巡视维护, 异常情况及时处理。

3.2.7 翻模抹面

(1) 翻模抹面时间

翻模抹面时机非常重要。翻模过早, 混凝土坍塌浪费大量人工、材料;翻模过晚, 混凝土初凝, 无法取出刮面轨, 更加影响收面质量。由于混凝土连续几天浇筑, 环境气温、风力等因素对混凝土的初凝时间影响较大, 翻模时间控制在振捣完成后3h左右 (具体翻模时间根据环境温度确定) , 拆模混凝土距浇筑面斜面距离1.8m以上, 以确保翻模后混凝土体型保持不变和表面仍具有可塑性。翻模前采取开观察孔或试翻的方式对混凝土进行检查, 确定是否达到最佳翻模时机。

(2) 抹面施工

翻模后将锥形套取出, 并采用原混凝土填补坑槽, 在混凝土初凝前进行人工抹面。首先在翻模后利用全站仪复核面部混凝土结构体型, 然后采用4m靠尺检查其平整度;等混凝土表面用手轻按有明显的凹陷时, 采用抹光机收面, 最后采用人工抹面收光。抹面施工是混凝土质量控制的关键工序, 施工过程由质量部及测量人员全程现场监控, 做好体型控制及收面质量。

3.2.8 养护及成品混凝土保护

混凝土浇筑完成12~18h后, 应采取保温保湿措施进行养护。在混凝土温升阶段 (0~3d龄期) , 采用一层土工布覆盖并进行少量淋水养护;混凝土内部温度开始下降 (第4d龄期开始) , 在土工布表面覆盖一层聚乙烯薄膜, 保持混凝土表面湿润, 其上覆盖3cm厚的聚苯乙烯泡沫卷材进行全面保护至竣工验收。

3.3 混凝土温度控制

出水口挑坎流道表面硅粉混凝土允许最高温度36℃、3~10月份浇筑温度18℃, 11~2月份自然浇筑。

3.3.1 通水冷却

通水冷却主要用于控制混凝土最高温度和内外温差在设计允许范围内, 将混凝土冷却到要求的温度。根据大岗山水电站大渡河水文气象资料, 并结合泄洪洞洞身温控要求, 在11~2月冷却水管通≤18℃水7d, 冷却水流量25~30L/min, 每天降温不宜超过1℃, 实际通水流量、通水温度可根据降温速率进行适当调整。

3.3.2 温度监测

(1) 第一层混凝土共分为5仓, 拟在每仓混凝土内部中心位置埋设1支电阻式温度计, 布置在混凝土较厚部位;第二层混凝土共分为5仓, 在每仓混凝土内部埋设2支电阻式温度计, 布置在距离过流面75cm处。其他部位可埋设准25薄壁钢管采用简易温度计进行温度监测。采用准25薄壁钢管进行温度检测时, 钢管下口密封不透水。在浇灌混凝土之前将钢管内注满饮用水, 用木塞或其他方法将钢管上口封闭, 以免浇灌混凝土时堵塞影响测温。

(2) 在混凝土浇筑过程中, 应至少每4h测量一次混凝土的原材料温度、出机口温度、浇筑温度、冷却水进出口温度、压力、流量、外界气温和仓内气温, 并做好记录。

(3) 混凝土浇筑过程中, 入仓温度采用水银温度计, 在混凝土下料后平仓前混凝土以下10cm处的测量温度, 每1~2h测量一次。

(4) 对于混凝土浇筑温度, 即混凝土平仓振捣后, 覆盖上层混凝土前在本层以下10cm处的温度。每100m2仓面面积不少于一个测点, 每个浇筑层厚不少于5个测点, 测点应均匀分布在浇筑层面上, 测点布置应考虑不同级配混凝土部位。

(5) 混凝土浇筑时即开始内部温度测量, 温度间隔测量, 内部温度测量间隔时间一般应≤12h, 新浇混凝土前3d温度测量间隔时间应≤8h, 之后测量间隔时间一般应≤12h, 测温时间不少于28d。

(6) 对所有温度计测量结果应做好记录, 形成关于最低温度、最高温度、平均温度的历时记录, 其中成果用于评价施工是否满足温度控制相关要求。

(7) 即时向监理人提交温度测量报告, 纳入温度控制施工周报, 内容包括 (但不限于) :混凝土浇筑温度, 混凝土内部温度, 每条冷却水管的冷却水流量、流向、压力、入口温度和出口温度, 要求反映温度历时变化过程。

(8) 施工过程中, 承包人应根据温度测量结果进行趋势预测, 对可能超出温控标准的情况应及时制定并实施预防措施。

4 实施成果质量检测

4.1 混凝土结构体形检查

混凝土结构体形采用全站仪进行检查, 测量结果为:挑坎底板共检测230点, 合格226点 (±10mm控制) , 合格率98.3%, 混凝土体形检测成果统计见表1。

4.2 平整度检测

泄洪洞工程混凝土过流面不平整度采用2m靠尺进行检查, 共检测216点, 合格点数209点, 合格率96.8%。平整度检测成果统计见表2。