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環境因素對耐火材料耐磨性的影響主要有這4個方面

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發布日期:2020-03-18 作者: 點擊:

超级快三开奖直播 www.m-dama.com 國內耐火材料工作者根據材料的使用特點以及環境因素等綜合分析,不斷模擬材料沖蝕過程,探索產生磨損破壞的機理,耐火材料的耐磨性是一個受多個因素影響的參數。它主要受到以下三個方面因素的影響:環境因素(磨料沖蝕角度、磨料沖蝕速度及濃度、沖蝕時間、環境溫度等);磨料性質(磨料硬度、形狀、粒度、密度、破碎性等);靶材性質(成分、組織、硬度、物理及力學性能)。以下為環境因素對耐火材料沖蝕的影響:


(1)沖蝕角度


磨粒的入射速度與被沖蝕表面所形成的夾角稱為沖蝕角度,有時也叫攻角。沖蝕角度對靶材沖蝕率的影響幾乎不隨著磨粒尺寸、種類甚至速度的變化而變化。但通過對比不同靶材,沖蝕角度對沖蝕磨損率的影響又是截然不同的。對于典型的塑性材料(大多數金屬及合金)而言,沖蝕磨損率隨磨粒沖蝕角度的增大而增大,當沖蝕角度達到20°左右時,磨損達到最大值,經過短暫的穩態沖蝕后,磨損率逐漸減小;但是對于典型的脆性材料(玻璃、陶瓷、耐火磚)來說,沖蝕率隨著磨粒沖蝕角度的增大而增大,最大沖蝕率出現在沖蝕角度為90°時,圖1。兩種典型的沖蝕破壞中攻角與沖蝕率的關系可表達為式(1):


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式中,ε為沖蝕率,α為沖蝕角度,n、A、B為常數,典型脆性材料A=0,塑性材料B=0,n=π/2α。


重慶大學的劉成龍等人研究了不同沖蝕角度對QAl9-4鋁青銅棒抗沖蝕磨損性能的影響,結果表明,在0-30°沖蝕角度范圍內,鋁青銅試樣的累積質量損失隨角度增大而增加;當沖蝕角度大于30°后,累積質量損失降低。隨著沖蝕角度的逐步增大,沖蝕磨損形成的試樣表面缺陷逐漸從沿水流方向的長程犁溝向帶有凹坑的短程犁溝變化,且試樣表面平均粗糙度逐漸降低。


(2)沖蝕速度


磨粒沖擊到靶材時的速度稱為沖蝕速度。磨粒的沖蝕速度對沖蝕率的影響是非常大的,我們不妨從能量角度進行分析,磨粒沖擊到靶材所具有動能是靶材損壞的能量來源的,而對于質量、形狀一定的粒子來說,速度越大,其具有的原始沖擊動能也就越大,因此沖蝕速度對于沖蝕磨損起著至關重要的作用。眾多試驗表明,磨粒的沖蝕速度存在某一臨界值,也就是說只有當沖蝕速度大于這一臨界速度時,靶材才會產生破壞,而這一門檻值與磨粒的尺寸形狀以及靶材的性質有關,它也可以通過材料力學性能來預估,如11%Cr鋼受225μm石英砂沖擊的門檻速度值只有2.7m/s左右;當磨粒沖蝕速度大于這一門檻值時,通過在很多不同磨料、不同靶材、不同沖蝕環境的沖蝕磨損試驗總結出了關系式(2):


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其中,v為磨粒入射速度,n和K為常數。Finnie早期認為n≈2,這與他的微切削理論分析吻合,但是后來通過試驗發現,從塑性材料到脆性材料,n值的變化范圍是2-6.5,通常為n=2-3,塑性材料n值波動不大,為2.3-2.4,脆性材料的n值則出現了從2.2-6.5的波動。許多試驗也證明了n值也隨著沖蝕角度的增大而增大的事實。


(3)沖蝕時間


磨粒沖擊到靶材直至沖蝕結束這段時間稱為沖蝕時間。沖蝕磨損不同于黏著磨損和磨粒磨損,它呈現出一個較長時間的沖蝕潛伏期或孕育期,這一點特別是對于液蝕和氣蝕更甚。當磨粒最開始沖蝕時,一般不會立即發生沖蝕磨損,而是由于沖擊作用使得靶材產生加工硬化而變得粗糙。經過一段時間的沖蝕磨損,靶材表面原先有缺陷的地方率先產生微裂紋,并在磨粒沖蝕作用下產生裂紋擴展。對于噴砂型沖蝕,在沖蝕初期可能會出現沖蝕“增重”現象,這是由于磨粒的嵌入帶來的質量增加,嵌入增重大小與沖蝕角度有關,且在小入射角時,“增重”現象明顯小于大入射角。值得說明的是,孕育期的長短是表征材料耐磨性的重要標準,它表明材料從彈性形變到塑性破壞之間的跨度,之后進入的穩態沖蝕階段,則是衡量材料抗沖蝕的重要指標。


(4)沖蝕溫度


很多零件是在高溫環境服役的,因此沖蝕溫度對材料抗沖蝕性的研究是很重要的一個因素。我們通常所說的沖蝕溫度其實可以細分成兩個溫度,第一是磨粒沖擊靶材表面時摩擦使局部升溫,這個溫度會對靶材沖蝕磨損性能產生一定影響;其次就是指沖蝕所發生環境的環境溫度。


環境溫度對物相形態、組織結構的影響是十分復雜的,因此溫度變化對靶材抗沖蝕磨損性能的影響很難用一個通用的式子定量的表達出來。我們不妨按照靶材的材料屬性,分情況討論環境溫度對沖蝕磨損性能的影響。對于非氧化物材料來說,它的磨損量-溫度曲線接近水平直線,即在整個試驗溫度區域中磨損量幾乎沒有變化;氧化物耐火制品類的耐磨性隨溫度的變化趨勢可以分為彈性階段和塑性階段,材料處于彈性段,隨溫度的升高,磨損量幾乎無變化;繼續升高溫度,當材料達到塑性變形階段,磨損量大幅度降低。不同材質耐火制品產生塑性變形的溫度不同,耐火制品磨損量開始大幅度降低的溫度點不同,高鋁磚、剛玉磚、黏土結合碳化硅磚磨損量開始明顯下降的溫度點分別為800、1000和600℃。


中國地質大學的李小超等人則采用自行設計的氣流噴砂式熱態固體粒子沖蝕磨損試驗機,在空氣氣氛下使用36#SiC為沖蝕磨粒,對SiC-Sialon復相耐火材料進行了沖蝕磨損研究。研究發現,隨著沖蝕溫度的升高,SiC-Sialon復相耐火材料的體積沖蝕率先增高后降低;隨著沖蝕角的增大,SiC-Sialon復相耐火材料的體積沖蝕率逐漸增大;且環境溫度超過1000℃時,材料表面發生氧化,生成的致密的氧化物?;げ愣圓牧峽垢呶魯迨茨ニ鵪鸕街匾鑾孔饔?。


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