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二十一世纪高新技术竞争的重点—耐磨材料

发布时间:2016.01.07 14:15:23信息来源:中国腐蚀与防护网作者:本网整理

  耐磨材料是新材料领域的核心,对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,在全球新材料研究领域中,耐磨材料约占85%.随着信息时代的来临,特种耐磨材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用,是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料,成为世界各国新材料领域研究发展的重点,也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。鉴于耐磨材料的重要地位,世界各国均十分重视耐磨材料技术的研究。1989年美国200多位科学家撰写了《90年代的材料科学与材料工程》报告,建议政府支持的6类材料中有5类属于耐磨材料。从1995年至2001年每两年更新一次的《美国国家关键技术》报告中,特种耐磨材料和制品技术占了很大的比例。2001年日本文部省科学技术政策研究所发布的第七次技术预测研究报告中列出了影响未来的100项重要课题,一半以上的课题为新材料或依赖于新材料发展的课题,而其中绝大部分均为耐磨材料。欧盟的第六框架计划和韩国的国家计划等在他们的最新科技发展计划中,都把耐磨材料技术列为关键技术之一加以重点支持。各国都非常强调耐磨材料对发展本国国民经济、保卫国家安全、增进人民健康和提高人民生活质量等方面的突出作用。


耐磨材料

  小编将耐磨材料特性汇总如下:

  耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料,是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料,同时也对改造某些传统产业具有十分重要的作用。如农业、化工、建材等起着重要作用。耐磨材料种类繁多,用途广泛,正在形成一个规模宏大的高技术产业群,有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。耐磨材料按使用性能分,可分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏(智能)材料。由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域,所以这里所指的新型耐磨材料是除电子信息材料以外的主要耐磨材料。

  目前耐磨材料主要耐磨球、耐磨钢板、耐磨焊条、耐磨陶瓷、耐磨地坪、耐磨橡胶、耐磨管道、耐磨轴承、耐磨焊材、耐磨铸件、铸石、高分子、复合耐磨材料等其它耐磨材料。

  我国目前通用的耐磨材料有以下几大系列:

  一是高锰钢系列:如高锰钢(ZGMn13)、

  高锰合金(ZGMn13Cr2MoRe)、超高锰合金(ZGMn18Cr2MoRe)等;

  二是抗磨铬铸铁系列:如高、中、低铬合金铸铁(如Cr15MOZCu);

  三是耐磨合金钢系列:如中、低、高碳多元金合钢(如ZG40SiMnCrMO和ZG35Cr2MoNiRe);

  四是奥贝球铁(ADI)系列;

  五是各类复合或梯度材料及硬质合金材料:如碳化铬复合材料(Cr2C3+Q235)、高能离子注渗碳化钨材料(WCSP)、高韧硬质合金(YK25.6)等;六是各类非金属耐磨材料:如聚合陶瓷复合材料、氮化硅(Si3N4)、增韧氧化锆(Y2O3+ZrO2)、增韧三氧化二铝(Al2O3/ZrO2)等。

  不同系列的耐磨材料性能比较:

  2.2.1 高锰钢系列:其代表为高锰钢ZGMn13。在承受剧烈冲击或接触应力下,其表面会迅速硬化,而芯部仍保持极强的韧性,外硬内韧既抗磨损又抗冲击。且表面受冲击越重,表面硬化就越充分,耐磨性就越好。由于高锰钢自身硬度很低(HB170-230),在未硬化时耐磨性是极其有限的,若高锰钢件表面所承受冲击力不足,则表面不能充分硬化(充分硬化后表面硬度可达HB550以上,反之则在HB350以下)则耐磨性无从发挥,而呈现出不耐磨状况。

  2.2.2 抗磨高铬铸铁系列:按组织结构和使用情况,铬系铸铁可以分为三大类:第一类为具有良好高温性能的铬系白口铸铁。这种铸铁含铬量为33%,其组织多数为奥氏体和铁铬碳化物,有时也出现铁素体。这种合金除具有一定的耐磨性外,在温度不高于1050℃的高温工作条件下,具有良好的抗氧化性能。第二类为具有良好耐磨性的铬系白口铸铁(简称高铬铸铁)。这种铸铁中除含有12~20%的铬外,还含有适量的钼。这类铸铁凝固后的组织为(Fe,Cr)7C3型碳化物和γ相。当基体全部为马氏体时,这种合金的耐磨性能最好。如果基体中存在残余奥氏体,通常要进行热处理。第三类为低铬合金白口铸铁。与普通白口铸铁相比,这种铸铁中碳化物的稳定性更好。

  2.2.3 耐磨合金钢系列:又分为低合金钢、中、高合金钢。耐磨合金钢可通过调控化学成份和热处理工艺获得必要的材料的冲击韧度和硬度指标。硬度可达HRC=52~58,韧性可达到ak=15~30J/cm2。

  2.2.4 奥贝球铁(ADI)系列:它是通过等温淬火热处理或加入合金元素,使球铁基体组织由铁素体、珠光体转变为奥铁体、贝氏体和残余奥氏体。ADI具有以下一些独特的优点:①强度高、塑性好。②弯曲疲劳和接触疲劳等动载性能高。ADI的旋转弯曲疲劳强度可达400~500MPa,与调质处理低合金钢相当,ADI的接触疲劳强度可达1600~2100MPa,比低合金钢氮化处理和渗碳处理的接触疲劳强度高。③吸震性好。ADI由于弹性模量低,加上基体中存在石墨球,能迅速吸收震动并增大了噪音阻尼,使部件的运行更安静和平稳。④极好的耐磨、抗磨性。ADI的耐磨性能,比任何同等硬度水平的钢都好。⑤加工性能好:ADI大部分机械加工可以在等温淬火前完成,此时一般为铁素体球铁,其加工性能显著好于钢。

  2.2.5 复合或梯度材料系列:其代表是高能离子注渗碳化钨材料(WCSP)和碳化铬复合材料(Cr2C3+Q235)。渗碳化钨材料(WCSP)是采用高能离子注渗技术向钢铁零部件表层注渗碳化钨(WC)。WC和钢基体两者是冶金结合,优势互补。表面具有WC的高硬度,高耐磨性。心部则保留了所选钢基体原来的硬度、强度和韧性。在表层与心部之间还存在一个性能渐变的梯度过渡区,有效地避免了性能突变时可能引起的材料破坏。

  锤用硬质合金:相对于高锰钢和高铬合金钢,锤用硬质合金具有更高的硬度和耐磨性。

  YK26.5: 密度:14.58(g/cm3);硬度(CHRA): 87.5;抗弯强度: 2650(MPa);断裂韧性: 12--16(MPam1/2)

  2.2.6 非金属耐磨材料系列

  非金属耐磨材料种类很多,其代表材料有陶瓷复合材料、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、增韧氧化锆(Y2O3+ZrO2)、增韧三氧化二铝(Al2O3/ZrO2)等。

  陶瓷复合材料:陶瓷是金属元素和非金属元素组成的晶体或非晶体化合物,熔点高、硬度高、刚度强、化学稳定性好。耐磨陶瓷涂料是一种非金属胶凝材料,它是采用耐酸和耐碱的人工合成的粉状陶瓷材料。

  特点:

  (1)高的机械强度和刚度:密度大,强度可达130Mpa,能有效抵御物料的冲击力和剪切应力。

  (2)优良的韧性和抗震性:由于陶瓷耐磨料采用无定向刚纤维和定向网状增强措施,通过耦合进一步改善韧性,所以断裂韧性强,可有效防止冲击力造成的破损和剥落。

  (3)环境相容性好。

  强韧化陶瓷:其代表为增韧氧化锆(Y2O3+ZrO2)、增韧三氧化二铝(Al2O3/ZrO2)等结构性陶瓷。具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温、高强度、高硬度等优点。

  可适应金属和高分子材料难以承受的环境和工况条件。具体指标如下:

  材料  强韧氧化锆    强韧三氧化二铝    氮化硅

  组成   Y2O3+ZrO2     Al2O3/ZrO2        Si3N4

  密度g/cm3  6-6.05     3--4.5           3.2

  硬度CHRA     89        85--88          93

  抗弯强度MPa1000-1200   300-500         900

  断裂韧性MPam1/212-14      5-7         8.5

  应用领域

  1. 煤场:送料槽及漏斗内衬,料斗衬套,风机叶片,推料机底板,旋风收尘器、焦炭导向器衬板,球磨机内衬,钻头稳定器,螺旋加料器料钟及基座,揉捏机铲斗内衬,环形送料器、翻斗车底板。煤场作业环境恶劣,对耐磨钢板的耐腐蚀性和耐磨强度有一定的要求,推荐使用材质为NM400/450 HARDOX400厚度8-26mm的耐磨钢板。

  2. 火电厂:中速磨煤机筒体衬板,风机叶轮窝壳,除尘器入口烟道,灰渣导管,斗轮机衬板,分离器连接管,碎煤机衬板,煤斗及破碎机衬板,燃烧器烧嘴,落煤斗和漏斗衬板,空预器支架护瓦,分离器导向叶片。上述零部件对耐磨钢板的硬度和耐磨强度没太高的要求,可以用材质为NM360/400厚度6-10mm的耐磨钢板。

  3. 矿山机械:矿料、石料破碎机衬板、叶片,输送机衬板、挡板。此类部件需极高的耐磨性,可用材质为NM450/500 HARDOX450/500厚度在10-30mm的耐磨钢板。

  4. 耐磨钢板还可应用在砂磨机筒体、叶片,各种货场、码头机械那么部件,轴承结构件,铁路车轮结构件,轧辊等。5. 水泥厂:溜槽内衬,末端衬套,旋风收尘器,选粉机叶片和导向叶片,风扇叶片及内衬,回收斗内衬,螺旋输送机底板,管道组件,熔块冷却盘内衬,输送槽衬板。这些部件也需要耐磨性、耐腐蚀性要好一点的耐磨钢板,可以用材质为NM360/400 HARDOX400厚度8-30mmd的耐磨钢板。

  6.冶金机械:铁矿烧结机,输送弯头,铁矿烧结机衬板,刮板机衬板。由于此类机械需要耐高温、硬度极强的耐磨钢板。故推荐使用HARDOX600HARDOXHiTuf系列耐磨钢板。

  7. 工程机械:装载机、推土机、挖掘机铲斗板、侧刃板、斗底板、刀片、旋挖钻机钻杆。此类机械需要特别强硬和耐磨强度极高的耐磨钢板,可用材质为NM500 HARDOX500/550/600厚度在20-60mm的高强度耐磨钢板。

  8.  建筑机械:水泥推料机齿板,混凝土搅拌楼、搅拌机衬板,除尘器衬板,制砖机模具板。推荐使用材质为NM360/400厚度10-30mm的耐磨钢板。

  9. 装载机械:卸轧机链板,料斗衬板,抓斗刃板,自动翻斗车翻斗板,自卸车车身。这就需要耐磨强度和硬度极高的耐磨钢板,建议使用材质为NM500 HARDOX450/500厚度在25-45MM的耐磨钢板。





 

责任编辑:王元

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标签:耐磨材料
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