【水泥人網(wǎng)】三、對(duì)雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的理解和認(rèn)識(shí)

1.裂紋

雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的表面布滿裂紋，并有一定的規(guī)律性。從正面看，裂紋都垂直于焊道方向；從剖面看，裂紋貫穿耐磨層厚度方向，止于熔合線，母板上沒有裂紋。裂紋產(chǎn)生需要兩個(gè)先決條件：1、外加應(yīng)力；2、應(yīng)力集中點(diǎn)。前面已經(jīng)提到，耐磨層由基體和碳化物組成，碳化物和基體是機(jī)械結(jié)合。碳化物可以看作是焊接缺陷—夾渣，這就是應(yīng)力集中點(diǎn)，是裂紋源；雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的堆焊過程是一個(gè)不均勻的加熱過程，堆焊耐磨層時(shí)產(chǎn)生很大的焊接殘余應(yīng)力。橫向應(yīng)力是壓應(yīng)力，產(chǎn)生塑性變形，使耐磨板的橫向尺寸縮短，但不會(huì)造成裂紋；縱向應(yīng)力是拉應(yīng)力，應(yīng)力水平接近材料的屈服強(qiáng)度。縱向拉伸應(yīng)力作用于大量分布在耐磨層中的由碳化物造成的應(yīng)力集中點(diǎn)上，裂紋由此產(chǎn)生，并且裂紋方向垂直于焊道方向。通常情況下，裂紋不影響耐磨性；細(xì)磨粒工況（磨粒直徑小于裂紋寬度）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，磨粒流向垂直于裂紋方向。

裂紋情況可以間接反映雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的耐磨性，可以根據(jù)裂紋情況對(duì)耐磨板的優(yōu)劣做出一個(gè)初步判斷。一般情況下，同一類型的耐磨板，裂紋越細(xì)小、有規(guī)律排布，說明耐磨層中碳化物細(xì)小、棱角少、排列有規(guī)律，耐磨性好；反之，則耐磨性差。

2.稀釋率

為了保證堆焊層具有所需的成分和性能，同時(shí)節(jié)約貴重金屬，應(yīng)盡量減少母材對(duì)堆焊層的稀釋作用，熔敷金屬被稀釋的程度通常用母材金屬在熔敷金屬中所占的百分比來表示，即稀釋率。直觀講，稀釋率是指堆焊層橫截面積中，母材熔入的面積與堆焊層橫截面積之百分比。稀釋率增加時(shí)，熔敷金屬中有益成分隨之減少，從而使它的硬度、耐磨性及其他所要求的性能降低。采用不同的焊接方法時(shí)，其稀釋率也不同。

稀釋率與雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的耐磨性本無必然的直接聯(lián)系，耐磨堆焊時(shí)，強(qiáng)調(diào)低稀釋率熔覆技術(shù)是基于以下原因：1、耐磨堆焊的意義在于以高耐磨性的、盡可能薄的耐磨層替代低耐磨性的、厚重的常規(guī)材料，以期達(dá)到提高使用壽命，節(jié)材節(jié)能的目的。低稀釋率熔覆技術(shù)可以幫助我們?cè)诒〉模?mm~4mm）單層堆焊條件下，獲得高耐磨性堆焊層，這才是耐磨堆焊真正的目的和意義所在，是耐磨堆焊優(yōu)勢(shì)的最好體現(xiàn)；依靠多層堆焊厚的耐磨層獲得高耐磨性不是耐磨堆焊所追求的。2、大家知道，目前采用藥芯焊絲制作雙金屬復(fù)層耐磨鋼板是主流，藥芯焊絲是由鋼帶卷成的套筒和套筒內(nèi)的合金粉、焊劑組成。套筒占藥芯焊絲總重量的40%左右，去除松裝比因素，實(shí)際合金填充量只有45%左右。也就是說，藥芯焊絲在制作過程中已經(jīng)有55%左右的“稀釋率”了。堆焊過程中，應(yīng)該還有10%~20%的稀釋率，總體累計(jì)下來，藥芯焊絲堆焊雙金屬復(fù)層耐磨鋼板實(shí)際稀釋率為65%~75%。雙金屬復(fù)層耐磨鋼板通常要求的化學(xué)成分是：C4%~6%，Cr20%~30%，其他合金元素3%~10%。藥芯焊絲單層堆焊將無法達(dá)到上述對(duì)化學(xué)成分的要求，只能是多層堆焊才能達(dá)到上述要求。多層堆焊一方面會(huì)加大生產(chǎn)成本，另外堆焊層上下性能不均勻，上層耐磨性高，下層耐磨性低，整體耐磨性達(dá)不到要求。

因此，藥芯焊絲能否制作出高質(zhì)量的雙金屬復(fù)層耐磨鋼板，低稀釋率是關(guān)鍵因素之一。這也是藥芯焊絲制作雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的一個(gè)缺點(diǎn)，即合金添加量有上限。既然合金添加量有上限，那當(dāng)然耐磨性就也有上限了。本文認(rèn)為，藥芯焊絲適合于制作中等耐磨程度的雙金屬復(fù)層耐磨鋼板，不適合用于制作高耐磨性的雙金屬復(fù)層耐磨鋼板。自溶合金非熔化極熔融堆焊法制作雙金屬復(fù)層耐磨鋼板，合金添加量100%，稀釋率40%左右，實(shí)際合金添加量高達(dá)60%，可以比藥芯焊絲添加更多的合金元素，可以在更寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)合金配比，自然會(huì)制作出比藥芯焊絲更高耐磨性的雙金屬復(fù)層耐磨鋼板。這也是自溶合金非熔化極熔融堆焊法制作雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的突出優(yōu)點(diǎn)之一。

3.表面成型的意義

雙金屬復(fù)層耐磨鋼板表面成型是指表面平整光滑程度，平整光滑的表面使耐磨板各部位耐磨性均勻，使用壽命統(tǒng)一，并可降低摩擦系數(shù)，減少物料通過時(shí)的阻力，有利于提高服役壽命。此外，平整光滑的表面意味著相同外型尺寸的耐磨板重量相同，對(duì)選粉機(jī)動(dòng)葉片、風(fēng)機(jī)葉片等要求重量相等的耐磨件有特別的意義。表面粗糙、凸凹不平，增大物料通過時(shí)的阻力，磨損加劇；凹陷部位極易提早失效，造成耐磨板整體使用壽命降低。自熔合金非熔化極熔融堆焊法制作的雙金屬復(fù)層耐磨鋼板由于合金系統(tǒng)具有“自熔性”（自熔合金：含有B和（或）Si元素，熔點(diǎn)較低，大約在950℃～1150℃之間，本身具有脫氧、造渣、除氣和良好浸潤性能的合金），表面成型優(yōu)于藥芯焊絲明弧自保護(hù)堆焊法。

4.評(píng)價(jià)雙金屬復(fù)層耐磨鋼板耐磨性能

評(píng)價(jià)雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的耐磨性比較復(fù)雜，至今沒有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)識(shí)比較模糊。目前比較通行的做法是測(cè)試耐磨層表面硬度，并認(rèn)為表面硬度值越高耐磨性越好。表面硬度值的標(biāo)識(shí)也不統(tǒng)一，有用洛氏硬度表示的（HRC），也有用維氏硬度表示的（Hv），還有用布氏硬度表示的（HB），比較混亂，容易給用戶造成錯(cuò)覺，混淆視聽。建議有關(guān)部門及早制定雙金屬復(fù)層耐磨鋼板國家標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一標(biāo)識(shí)。硬度是金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力。硬度可以部分反映金屬材料的耐磨性，但完全用硬度來標(biāo)識(shí)金屬材料的耐磨性是不科學(xué)的，是片面的，無法全面的反映耐磨層的耐磨性。宏觀洛氏（HRC）硬度值相同的耐磨板，耐磨性可能相去甚遠(yuǎn)；宏觀洛氏（HRC）硬度值低的耐磨板耐磨性可能勝于宏觀洛氏（HRC）硬度值高的耐磨板。

本文認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面來綜合分析、評(píng)價(jià)雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的耐磨性：

(1)宏觀洛氏（HRC）硬度值；

(2)金相組織：金相分析可以清楚的顯示碳化物的類型、數(shù)量、形狀、尺寸大小、分布情況，同時(shí)也可分析基體的類型和組成，是分析、評(píng)價(jià)耐磨性的重要依據(jù)；

(3)顯微硬度（HV）：測(cè)試基體和碳化物的顯微硬度值；

(4)磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試磨損量：模仿實(shí)際工況進(jìn)行磨損試驗(yàn)，測(cè)試失重量或相對(duì)耐磨性。
通過以上四個(gè)方面的測(cè)試分析、綜合評(píng)定，基本可以評(píng)判耐磨板的耐磨性。

四、雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的應(yīng)用

1.耐磨性能的相對(duì)性

萬能的耐磨材料難以找到，關(guān)鍵在于如何合理選用。首先要正確分析工件的使用工況條件及其磨損機(jī)理，了解各種耐磨材料的性能指標(biāo)，再從經(jīng)濟(jì)性、可靠性等方面綜合考慮，選擇應(yīng)用最合適的耐磨材料，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

在以磨料磨損為主的工況條件下，耐磨材料和磨料之間硬度有一種關(guān)系：物料與耐磨材料的硬度的比值Ha/Hm對(duì)磨損率有很大影響，根據(jù)大量試驗(yàn)的結(jié)果，求得K3=Ha/Hm=1.3~1.7，K2=0.7~1.1。區(qū)域ⅠHa/Hm＜K2幾乎沒有磨損，區(qū)域ⅢHa/Hm＞K3相對(duì)磨損恒定與物料硬度無關(guān)，在區(qū)域Ⅱ內(nèi)即Ha/Hm介于K3與K2之間時(shí)，相對(duì)磨損值隨著Ha/Hm值的變化有很大變化。這時(shí)如物料硬度不變，設(shè)法提高金屬材料的硬度，就能使工件的耐磨性顯著提高。

對(duì)上面耐磨材料硬度Hm與物料硬度Ha的相互關(guān)系還可采用另一種表述方式。物料（磨料）對(duì)耐磨材料的影響因素有物料顆粒形態(tài)、大小及硬度等。其中物料的硬度影響作用指耐磨材料的耐磨性不僅決定于耐磨材料的硬度Hm,而關(guān)鍵決定于耐磨材料硬度與物料硬度的比值Hm/Ha。當(dāng)Hm/Ha≥0.5~0.8時(shí)為軟磨料磨損，Hm/Ha≤0.5~0.8為硬磨料磨損。為軟磨料磨損時(shí)提高耐磨材料的硬度Hm則會(huì)迅速提高其耐磨性，為硬磨料磨損時(shí)即使提高耐磨材料的硬度對(duì)其耐磨性的提高也不大。有的資料講到球磨機(jī)的研磨介質(zhì)硬度大于等于物料硬度的80%時(shí)，才具有理想的抗磨效果，這一觀點(diǎn)在耐磨板的使用方面可以借鑒。

各種礦物的顯微硬度值：水泥熟料450~650，高爐礦渣450~700，長石650~700，煙煤30~40，石膏60~100，方解石95~150，螢石150~230，煤矸石220~330，白云石250~350，石灰石250~400，煉鋼礦渣380~600，建筑玻璃500~600。

將金屬材料的硬度與上述一些非金屬材料的硬度進(jìn)行對(duì)比，以便選擇合適的耐磨材料。材料的耐磨性能不能認(rèn)為是其所固有的，不同的磨損條件，耐磨材料的磨損率是不同的。材料的磨損性能隨磨損條件而變化，水泥生產(chǎn)中每一種物料對(duì)耐磨材料耐磨性能的要求也不同，由此應(yīng)提出相應(yīng)的硬度、韌性、強(qiáng)度、塑性等要求。

五、結(jié)束語

雙金屬復(fù)層耐磨鋼板已在冶金、水泥、煤炭、電力、碼頭等行業(yè)大量使用。2009年我國水泥產(chǎn)量16.5億噸，鋼產(chǎn)量5.678億噸，煤炭22億噸，電力中的火力發(fā)電裝機(jī)容量6億千瓦以上，礦業(yè)產(chǎn)量、碼頭裝卸量大幅度提高，為耐磨材料的發(fā)展和使用提供了廣闊的市場(chǎng)。原材料工業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)有流程性的特點(diǎn)，生產(chǎn)過程中加工處理、裝卸運(yùn)輸?shù)奈锪狭恳话憧梢赃_(dá)到產(chǎn)品數(shù)量的幾倍，例如水泥工業(yè)達(dá)到3倍，因此生產(chǎn)過程中加工處理、裝卸運(yùn)輸?shù)奈锪狭渴欠浅４蟮模湍ゲ牧系氖袌?chǎng)前景應(yīng)該是樂觀的。其中雙金屬復(fù)層耐磨鋼板占有很大的數(shù)量，更要引起使用者的關(guān)注。隨著低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來及我國“節(jié)能、降耗、環(huán)保”，“規(guī)模化生產(chǎn)”等政策的進(jìn)一步貫徹落實(shí)，雙金屬復(fù)層耐磨鋼板的應(yīng)用還有很大增長空間，前景廣闊。 （完）