《金屬材料零部件失效分析基礎(chǔ)與應(yīng)用》 課件 第4章 磨損失效

1《金屬材料零部件失效分析基礎(chǔ)與應(yīng)用》第4章磨損失效目錄磨損與摩擦力磨損機理判斷磨損機理的方法實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析磨損與摩擦力4.1 磨損與摩擦力磨損是零部件在相互接觸的狀態(tài)下進行相對運動（滑動、滾動或滑動＋滾動）而引起的一種物理現(xiàn)象。概念摩擦力是由于摩擦而阻礙相對運動的力，方向平行接觸表面與滑動方向一致。摩擦力有以下特征：（1）摩擦力是切向運動阻力的度量。根據(jù)不同接觸情況有下面不同內(nèi)涵。（2）如果相互接觸的兩個物體均是剛體，微小的凹凸部分沒有發(fā)生變形，摩擦力是將一個物體表面的微凸部分抬高超過另一個物體表面微凸體的作用力。（3）如果相互接觸的兩個物體一方較硬而另一方較軟，硬的一方其表面凸起的微區(qū)就會壓入軟的一方表面。在滑動時就會對軟的一方實現(xiàn)“切削”，在軟的一方表面形成犁溝。這時摩擦力就是軟金屬壓入硬度與犁溝截面積的乘積。（4）如果相互接觸的表面發(fā)生黏著，摩擦力就是能剪切開兩個物體表面微小區(qū)域相互黏著的力，也就是使結(jié)合的凸起點被剪斷并使未結(jié)合的點變形所需要的力的總和。（5）滑動過程中，通過很多微小的結(jié)合點在表面之間的形成和被剪斷而保持一個穩(wěn)定的摩擦力。4.1 磨損與摩擦力可見摩擦力的值主要與表面凹凸區(qū)高度、塑性變形及黏著相關(guān)。摩擦力的值無疑對于控制磨損量有最直接的關(guān)系，下面采用簡要模型對其進一步分析。試驗證明：對于很多材料兩個接觸面之間的摩擦力正比于正壓力，且與表觀接觸面積無關(guān)。根據(jù)摩擦理論，真實接觸面的增加正比于載荷，摩擦力正比于載荷和真實接觸面積。如果摩擦力正比于被剪斷的微觀區(qū)域結(jié)合處的面積（真實接觸面積）總和，則可得到下面的簡單關(guān)系：F＝SA （4-1）式中，F(xiàn)是摩擦力，N；S是結(jié)合點兩方中較弱一方材料的剪切強度，N/mm2；A是真實接觸面積，mm2。依據(jù)摩擦的黏著理論，在接觸點處發(fā)生黏結(jié)，摩擦力就等于使結(jié)合點剪斷所要求的力的總和。真實接觸面積反比于較弱材料的硬度，正比于垂直載荷。A＝W/P （4-2）4.1 磨損與摩擦力式中，A是真實接觸面積，mm2；W是垂直載荷（或接觸力），N；P是壓入硬度（通常用維氏硬度測定），N/mm2。式（4-2）可與式（4-1）結(jié)合，可得F＝SW/P

或F/W＝S/P （4-3）式中，S/P＝m，是摩擦系數(shù)。圖4-1所示為作用在一個靜止水平面上滑動的物體上的垂直載荷W和摩擦力F。作用在沿靜止水平表面滑動的物體上的垂直載荷與摩擦力之間的關(guān)系4.1 磨損與摩擦力在上述模型下摩擦系數(shù)是較軟一方的剪切強度與硬度的比值（＝S/P）。上述分析指出了提高耐磨性的基本原則：（1）如果從材料角度提高一對摩擦副的耐磨性能，應(yīng)該從提高較軟一方的材料性能入手。（2）從摩擦系數(shù)計算公式可見，如果能提高較軟一方材料的硬度，同時大幅度降低剪切強度值，則摩擦系數(shù)降低，導致摩擦力降低，一定能提高耐磨性能。一些摩擦副材料的摩擦系數(shù)見表。幾種摩擦副的摩擦系數(shù)

μ與磨損系數(shù)

k摩擦副（在空氣中）摩擦系數(shù)

μ磨損系數(shù)k金對金2.510－1黃銅對硬鋼0.310－3聚四氟乙烯對硬鋼0.152×10－5聚乙烯對硬鋼0.610－7磨損機理4.2.1 黏著磨損機理黏著磨損通常用Archard（1953）公式表達：FNHWa

Ka式中，Wa表示黏著磨損率；FN是接觸面上的正壓力，N；H為材料硬度值；Ka表示磨損系數(shù)，Ka不僅與工況有關(guān)，也與摩擦副材料有關(guān)，相同材料組成的摩擦副通常具有相當高的Ka值。根據(jù)黏著磨損機理與式（4-4）對黏著磨損可以獲得以下規(guī)律：（1）摩擦副間的接觸應(yīng)力越大，越容易發(fā)生黏著磨損。（2）發(fā)生黏著磨損與摩擦副的材料密切相關(guān)。如果其中一種材料越軟，也越容易發(fā)生黏著磨損。硬度不同的材料，黏著過程通常是軟的材料往硬的材料上粘，因之硬度高的耐磨性要好些。（3）如果黏著點的結(jié)合強度比摩擦副中任一材料剪切強度均高，且黏著區(qū)域大，剪切應(yīng)力低于黏著點結(jié)合強度時，摩擦副就會產(chǎn)生咬死而不能運動。不銹鋼螺栓與不銹鋼螺母在擰緊過程中經(jīng)常發(fā)生此現(xiàn)象。4.2.1 黏著磨損機理接觸應(yīng)力與摩擦速度對材料的黏著磨損量也有很大影響。在摩擦速度不太高的情況下，鋼鐵材料的磨損量隨摩擦速度、接觸壓力的變化規(guī)律見圖。磨損量與摩擦速度、接觸壓力間的關(guān)系由圖可見，在摩擦速度一定時，磨損量隨接觸壓力的增加而增加。有資料表明，當接觸應(yīng)力超過材料硬度的1/3時，黏著磨損量急劇增加，會產(chǎn)生咬死現(xiàn)象。在接觸應(yīng)力一定情況下，黏著磨損量與摩擦速度之間存在極值關(guān)系。這是因為隨著摩擦速度的增加，磨損機理會發(fā)生改變，例如由黏著磨損變?yōu)檠趸p。4.2.1 黏著磨損機理從控制材料組織結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，可以得到一些減輕黏著磨損的定性規(guī)律：（1）脆性材料比韌性材料抗黏著磨損能力強。（2）相同金屬、晶格類型相同或電化學性質(zhì)相近的金屬所組成的摩擦副黏著傾向大。（3）多相金屬比單相金屬黏著傾向??；金屬中化合物相比單相固溶體黏著傾向小。（4）周期表中B族元素與鐵不相溶或形成化合物，它們黏著傾向小。而鐵與A族元素組成摩擦副黏著傾向大。（5）采用表面處理技術(shù)如化學熱處理（如滲硫等），可降低黏著傾向。4.2.2 磨粒磨損機理磨粒磨損也稱為磨料磨損、研磨磨損或微切削磨損。它出現(xiàn)的條件是：摩擦副一方的硬度比另一方硬度高很多，或者在接觸面之間存在硬質(zhì)粒子。當另一方接觸到硬粒子時，它們可以陷入軟材料表面，由于切向運動產(chǎn)生切削作用。在磨料磨損研究中，Robinowicz（1965）以硬磨粒嵌入軟材料后，由于切向移動產(chǎn)生微切削作用導出了磨損關(guān)系式：Wc＝（2/p）（tan?/Hv）Fn式中，Wc為磨損率；?為硬磨料的頂角；Fn法向壓力，N；Hv為硬度值。上式可以簡化為Wc＝Kc（Fn/Hv）4.2.3 腐蝕磨損1.氧化磨損氧化磨損是在摩擦副實際接觸區(qū)域產(chǎn)生塑性變形的同時，由于腐蝕環(huán)境作用在變形區(qū)域形成氧化膜。在摩擦副滑動過程中，氧化膜在遇到第二個凸起部分時可能剝落，使暴露出來的表面重新被氧化，如此反復進行發(fā)生磨損。氧化磨損是各類磨損中磨損速率最低的一種。也是生產(chǎn)上允許出現(xiàn)的一種磨損形式。為降低磨損速率，往往是先創(chuàng)造條件將磨損轉(zhuǎn)換成氧化磨損，然后再設(shè)法降低氧化磨損的速率。氧化磨損的速率決定于氧化膜的性質(zhì)及與基體的結(jié)合力，同時也決定于金屬表層塑性變形的抗力。致密非脆性的氧化膜能有效提高耐磨性能。因此在摩擦副表面生成一層致密的氧化膜，對提高耐磨性有利。生產(chǎn)上廣泛使用的發(fā)藍、滲硫、有色金屬氧化提高耐磨性能就是基于此規(guī)律。腐蝕磨損速度與發(fā)生腐蝕磨損的化學環(huán)境或電化學環(huán)境有密切關(guān)系。有些時候化學反應(yīng)首先進行，接著腐蝕產(chǎn)物被機械作用（磨削）除去，但機械作用可以發(fā)生在化學反應(yīng)之前，首先形成非常小的碎屑，隨后再與環(huán)境起反應(yīng)，即使是輕微的化學反應(yīng)，也可以和機械作用彼此增強。4.2.3 腐蝕磨損2.微動損傷一般說的滑動、滾動是指互相接觸的零部件發(fā)生大幅度的相對運動。在緊密配合的零部件間，宏觀上看是沒有相對運動的。但是實際工況下兩個宏觀上看沒有相對運動的零部件，在微觀上卻發(fā)生極小幅度的運動，稱為“微動”。微動與普通的往復滑動的區(qū)別僅在于每次往復運動的距離不同。微動的存在會引起材料表面發(fā)生損傷，通常包括微動磨損、微動疲勞與微動腐蝕三類。這種現(xiàn)象在生產(chǎn)實際中大量存在，如各種連接件螺栓、鉚釘、銷等，各種配合件，如花鍵配合、輪軸配合、軸瓦配合等。一些研究表明：微動損傷可以使車軸的疲勞強度降低約40%。1911年Eden首次報道了微動與疲勞間的關(guān)系，到20世紀80年代，微動損傷問題引起人們高度重視。1992年，Zhou與Vincent提出了研究微動損傷的二類微動圖，利用這類圖研究材料微動損傷規(guī)律。4.2.3 腐蝕磨損實際工況中微動的運行模式非常復雜，為了便于研究將實際工況歸納為球與平面接觸狀態(tài)進行簡化。按照這類模型人們將球與平面接觸模式簡化為四種運動模式，見圖。（a）（d）（b） （c）四種微動模式示意圖4.2.3 腐蝕磨損微動磨損是微動損傷中的一種情況，它與一般的磨損差別在于往復運動的距離不同，正是由于這種差別造成微動磨損有如下一些特點：（1）由于振幅小，滑動的相對速度低，微動磨損時構(gòu)件處于高頻率、小振幅的磨損環(huán)境中，并且運動速度與方向不斷發(fā)生變化，始終處于零與某一最大速度之間反復。由于振幅小導致最大速度也是相當有限的，所以屬于一種慢速的摩擦磨損，磨損過程相當緩慢。例如一個振幅為20m、頻率為50Hz的微動磨損，平均速度僅2mm/s。（2）由于振幅小又是反復性的相對摩擦運動，所以微動表面接觸區(qū)域重復磨損的概率相對高，磨削逸出的機會又少，磨粒在金屬表面產(chǎn)生極高的接觸應(yīng)力，導致韌性金屬表面出現(xiàn)塑性變形或者疲勞，脆性金屬的摩擦表面產(chǎn)生脆裂或剝落。（3）鋼件磨損產(chǎn)物往往是紅棕色粉末，相結(jié)構(gòu)主要是Fe2O3，而鋁或鋁合金為黑色粉末，相結(jié)構(gòu)主要是氧化鋁與純鋁。4.2.3 腐蝕磨損在微動磨損研究過程中值得提出的是微動圖理論，它為研究微動磨損機理及探索材料損傷規(guī)律提供有力的工具。微動圖可以分成兩類：第一類：運行工況微動圖。它是指接觸表面間摩擦力與位移間的關(guān)系曲線。與一般的磨損現(xiàn)象一樣，接觸表面間的摩擦力-位移的變化曲線（即Ft-D曲線）是反映微動最基本和最重要的信息，每次往復微動循環(huán)都對應(yīng)一組Ft-D曲線，組合整個微動循環(huán)過程，就可以描述微動過程的動態(tài)變化。通過大量的微動試驗表明，可將Ft-D曲線歸納為三種基本曲線，如圖。三種基本Ft-D曲線4.2.3 腐蝕磨損第二類：材料響應(yīng)微動圖。對應(yīng)第一類微動圖的不同區(qū)域，材料的損傷程度不同，提出與之對應(yīng)的第二類微動圖，即材料響應(yīng)微動圖，如圖所示。該圖由三個區(qū)組成，滑移區(qū)對應(yīng)的材料損傷通常表現(xiàn)為大量顆粒剝落，表面接觸磨損較為嚴重，稱為顆粒脫落區(qū)。部分滑移區(qū)對應(yīng)的材料損傷一般是輕微的，損傷往往僅出現(xiàn)在接觸邊緣，不易觀測到明顯的表面破壞。混合區(qū)磨損輕微，同一接觸表面受到較大的交變應(yīng)力作用（局部疲勞），表層塑變強烈，成為裂紋快速萌生的最危險區(qū)域。材料響應(yīng)微動圖判斷磨損機理的方法4.3.1 黏著磨損失效磨損面形貌特征黏著磨損是在高比壓下，材料將發(fā)生塑性變形產(chǎn)生冷焊現(xiàn)象。如果黏著點結(jié)合強度比構(gòu)成摩擦副的材料強度均低，分離就從接觸面分開，這時基體內(nèi)部變形較小，摩擦面較平滑。發(fā)生黏著磨損的很多情況是，黏著點結(jié)合強度比組成摩擦副中某一基體強度高，則從部件的表面上撕下金屬，并把它轉(zhuǎn)移到另一個部件的表面上?？梢娺@時軟金屬黏著在相對較硬的金屬上。磨損面就會形成下面情況：較軟的金屬磨損面會形成凹坑或凹槽，較硬的金屬磨損面上就會有黏著的軟金屬的材料，形成一些長條形、不均勻分布的條痕。在對摩擦副材料進行分析后，很容易判斷出摩擦副中的軟金屬部件與較硬金屬部件。在掃描電鏡下進行觀察，并利用能譜進行分析，就可以判斷出是否發(fā)生黏著磨損。發(fā)生黏著磨損的外部條件是：局部應(yīng)力很高（可以進行計算）已經(jīng)超過材料的強度發(fā)生塑性變形。4.3.1 黏著磨損失效磨損面形貌特征CuO石墨粉Fe-SiFe粉4112余量在分析磨損面形貌后，經(jīng)配合這些綜合分析后容易判斷是否發(fā)生黏著磨損。其中黏著磨損最顯著的特點是對磨件之間材料發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)移。實際工程中往往根據(jù)這個特征，在SEM下利用能譜分析，判斷是否為黏著磨損機制。舉例說明如下：【例4-1】

為模擬汽車剎車片磨損情況，采用HT20-40鑄鐵材料與粉末冶金材料進行摩擦磨損試驗。粉末冶金材料組成見表。粉末冶金材料組成（wt%）試驗在MM-1000型磨損試驗機上進行，試驗按照JB

3063—82標準進行。樣品經(jīng)過一段磨損試驗后，判斷磨損機理。對磨損樣品表面采用SEM觀察形貌，結(jié)果見圖。（a）磨損面犁溝與剝落坑

（b）磨損面白色黏著物鑄鐵材料表面磨痕的SEM照片4.3.1 黏著磨損失效磨損面形貌特征【例4-2】 在上例中為改善磨損情況，對粉末冶金材料的組成進行改進，采用HT20-40鑄鐵材料與粉末冶金材料進行摩擦磨損試驗。粉末冶金材料組成見表。粉末冶金材料組成（wt%）鑄鐵樣品表面仍形成“犁溝”及有明顯的白塊狀異物黏結(jié)在樣品表面。但是白塊尺寸減小，能譜分析表明這些小白塊成分仍與粉末冶金材料的成分基本相同。因此判斷改進后磨損過程中，仍發(fā)生粉末冶金材料黏著到鑄鐵表面現(xiàn)象，但是黏著情況減輕，測定磨損量大幅度減少，表明改進的材料提高了磨損性能。HT20-40鑄鐵材料表面磨痕的SEM照片Cu石墨粉MoS2PbAl2O3Fe311231余量4.3.2 磨粒磨損失效磨損面形貌特征，球墨鑄鐵電鍍鉻層出現(xiàn)明顯的溝槽，表明發(fā)生磨粒磨損。而球墨鑄鐵經(jīng)過氮化后氮化層在經(jīng)過一段時間磨損后也出現(xiàn)磨痕，同時有剝落現(xiàn)象。因此根據(jù)磨面形貌判斷磨損機理是磨粒磨損。例4-3是通過表面處理方法提高磨損性能的例子。（a）球墨鑄鐵電鍍鉻層磨粒磨損后形貌 （b）球墨鑄鐵氮化層磨粒磨損后形貌球墨鑄鐵樣品經(jīng)過表面處理與鑄鐵磨損后磨面形貌照片4.3.2 磨粒磨損失效磨損面形貌特征【例4-3】 城市輕軌是一種有效交通工具。在輕軌線路建設(shè)中，采用PC梁結(jié)構(gòu)。其中有一對摩擦副部件稱為支壓板與銷軸。需要對這對摩擦副進行材料與處理工藝的選擇，目的是減少磨損量，提高這對摩擦副的使用壽命。采用45CrNiMoV材料制作支壓板，40CrNiMo材料制作銷軸。采用不同的處理工藝，制備出下面幾種摩擦副，模擬實際運行情況進行摩擦磨損對比試驗：（1）45CrNiMoV材料調(diào)質(zhì)與40CrNiMo調(diào)質(zhì)材料對磨，見圖。（2）45CrNiMoV材料高頻淬火與40CrNiMo材料高頻淬火對磨，見圖。（3）45CrNiMoV材料經(jīng)過多元共滲處理與40CrNiMo材料經(jīng)過多元共滲處理后對磨，見圖。（a）45CrNiMoV材料（調(diào)質(zhì)）磨痕形貌 （b）40CrNiMo材料（調(diào)質(zhì)）磨痕形貌經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后材料對磨磨痕形貌4.3.2 磨粒磨損失效磨損面形貌特征（a）45CrNiMoV材料（高頻）磨痕形貌（a）45CrNiMoV材料（多元共滲）磨痕形貌（b）40CrNiMo材料（多元共滲）磨痕形貌經(jīng)過多元共滲處理后材料對磨磨痕形貌（b）40CrNiMo材料（高頻）磨痕形貌經(jīng)過高頻淬火后材料對磨磨痕形貌4.3.2 磨粒磨損失效磨損面形貌特征由圖4-11可見，調(diào)質(zhì)處理后的兩種材料，摩擦副的典型形貌是表面出現(xiàn)劃痕與一些小的坑，在高倍下還可以看到明顯的小微裂紋。表明磨損機理主要是磨粒磨損，在45CrNiMoV材料的磨面上可見一些小白顆粒，認為可能同時發(fā)生輕微的黏著磨損。由圖4-12可見，經(jīng)過高頻淬火后，40CrNiMo材料磨損面僅出現(xiàn)磨痕，沒有微小的坑及微裂紋。45CrNiMoV材料也出現(xiàn)淺磨痕與小坑共存，但是磨痕與坑的尺寸相對調(diào)質(zhì)處理均變得細小。說明磨損機理仍是磨粒磨損，但是磨損情況減輕，實際測定的磨損量也是如此。由圖4-13可見，經(jīng)過多元共滲處理后兩種材料，摩擦副的典型形貌是均出現(xiàn)細小磨痕，看不見微裂紋及小坑。磨損機理雖然不變，但是磨損量進一步降低。4.3.3 微動磨損磨面的形貌在4.2節(jié)中已經(jīng)論述，微動磨損是在接觸面發(fā)生極小幅度運動的情況下，產(chǎn)生的磨損現(xiàn)象。因此在整個摩擦副的接觸面上一定可以分成磨損區(qū)域與未被磨損區(qū)域，這兩種區(qū)域有明顯的界限。是42CrMo鋼在進行微動磨損試驗后觀察到的磨痕照片。（a）磨痕表面（b）局部放大形貌 （c）磨痕局部剖面（Fn＝600

N，D＝40mm，N＝105次）42CrMo鋼微動磨損試驗后滑移區(qū)磨痕照片[5]實際案例—

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反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析1.概 述反擊式破碎機結(jié)構(gòu)見圖。其主要功能是破碎物料?；驹硎抢酶咚傩D(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上的錘頭，對送入破碎腔內(nèi)的物料產(chǎn)生高速沖擊而破碎，且使已破碎的物料沿切線方向以高速拋向破碎腔另一端的反擊板，再次被破碎，然后從反擊板反彈到錘頭上，繼續(xù)重復上述過程。1—給料板；2，3—反擊面。反擊式破碎機工作原理4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析反擊式破碎機主要由三種形式對物料進行破碎，在Ⅰ區(qū)內(nèi)是自由破碎和反彈破碎，而在Ⅱ區(qū)主要是銑削破碎。反擊式破碎機的錘頭以螺釘固定、插入法固定、楔塊固定等多種形式安裝固定于破碎機的轉(zhuǎn)子上， 。螺釘固定式結(jié)構(gòu)形式簡單，應(yīng)用較為普遍。它的截面近似于矩形，呈長條狀，沿長度方向安裝在轉(zhuǎn)子的托板上。有依靠的固定形式，為應(yīng)用高硬度材料創(chuàng)造了條件。工作時錘頭以30～40

m/s，甚至達到50

m/s的線速度破碎物料，磨損極為嚴重，錘頭的不斷更換不但消耗大量的金屬材料，更因為停產(chǎn)大大影響破碎機的生產(chǎn)率，甚至成為生產(chǎn)的限制性環(huán)節(jié)。錘頭與安裝示意圖4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析零件在破碎過程中，錘頭除受撞擊外還受到物料的沖刷。隨著上述過程的不斷重復，錘頭的原工作面遭到破壞，其表面形狀發(fā)生了變化，原來的棱角磨削為光滑的圓弧面，從圖中可以看到：作用在錘頭磨面的力F分解為兩個力，一個是垂直于磨面的法向力F法；另一個是平行于磨面的切向力F切。前者對錘頭磨面產(chǎn)生撞擊作用；后者對錘頭磨面造成切削、沖刷。錘頭磨損前后示意圖4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析錘頭采用ZGM13材料鑄造而成，經(jīng)過水韌處理后使用。這種材料及處理工藝是成熟的工藝，使用多年反映良好。高錳鋼是一種典型的耐磨鋼，有高耐磨性能的原因如下：（1）高錳鋼的加工硬化。加工硬化是高錳鋼的重要特征。鑄態(tài)高錳鋼經(jīng)水韌處理后形成單相奧氏體組織，該組織硬度僅為170～230HB。但是經(jīng)過形變后奧氏體高錳鋼的形變層內(nèi)表現(xiàn)出顯著的加工硬化現(xiàn)象，變形層的硬度可以達到500～800HB。（2）高錳鋼的形變誘發(fā)馬氏體相變。經(jīng)過水韌處理之后的高錳鋼中的奧氏體具有向馬氏體轉(zhuǎn)化的相變驅(qū)動能和相變可能性。高錳鋼由于含有較多穩(wěn)定奧氏體的元素Mn，因此馬氏體轉(zhuǎn)變點低于室溫，即使經(jīng)加熱和水冷，都因相變驅(qū)動能不夠，不能發(fā)生馬氏體相變。在承受沖擊或壓力的工作狀態(tài)下，表層奧氏體晶粒將在切應(yīng)力分量作用下產(chǎn)生滑移導致塑性變形，這個過程同時促使奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變。切應(yīng)力在產(chǎn)生滑移變形時，不斷做機械功，當這種機械功與化學驅(qū)動能之和等于或大于馬氏體相變阻力所需的相變驅(qū)動能時，就會發(fā)生馬氏體相變，形成加工硬化層和馬氏體層。4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析正是由于上述原理，高錳鋼是反擊式破碎機最常用的錘頭材料。對錘頭的技術(shù)要求是：（1）鑄件不得有氣孔、裂紋等鑄造缺陷；（2）各件質(zhì)量相同，質(zhì)量差不大于0.1kg；（3）水韌處理后HB179～229；（4）質(zhì)量：5.01kg。某企業(yè)利用煤礦中的廢料煤矸石制備建筑用磚，采用這種反擊式破碎機破碎煤矸石。但是使用過程中發(fā)現(xiàn)錘頭的耐磨性非常低，遠低于設(shè)備說明書中提供的壽命。有的能使用幾個班，有的甚至只能使用幾個小時。導致頻繁更換錘頭，不但增加生產(chǎn)成本，同時由于換錘頭浪費大量的時間，極大影響生產(chǎn)率。該企業(yè)為解決耐磨性偏低問題，購買多個廠家生產(chǎn)的Mn13鋼錘頭進行試驗，結(jié)論是耐磨性能均相差不多，遠沒有達到要求的壽命。要求分析錘頭耐磨性偏低的原因，同時找到解決問題的方法。4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析試驗方法（1）采用SEM觀察使用過的錘頭表面的磨痕形狀，判斷磨損機理。（2）采用金相顯微鏡觀察使用過的錘頭表面的金相組織。（3）測定使用過的錘頭表面的硬度。試驗結(jié)果與磨損機理分析選取使用過的錘頭，

在磨損面處與心部取樣，在金相顯微鏡下觀察其組織，見圖錘頭表面金相照片（100×）錘頭心部金相照片（100×）4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析對比錘頭表面和心部的金相組織照片可以得到如下結(jié)論：表面應(yīng)該出現(xiàn)馬氏體組織及加工硬化的組織并沒有出現(xiàn)，錘頭表面與心部組織沒有明顯變化。說明在服役條件下，沒有形成足夠的加工硬化層與足夠的馬氏體，組織仍然是奧氏體。顯然奧氏體的硬度不能夠滿足工作條件對硬度方面的要求。表明Mn13錘頭在該企業(yè)特殊的工作環(huán)境下，無法發(fā)揮其潛在耐磨性。從表面到心部硬度的測定結(jié)果見圖。使用過的錘頭表面到心部的硬度測定結(jié)果4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析與金相組織分析對應(yīng)，表面到心部硬度沒有明顯變化。最高硬度值不超過HB260，遠沒有達到高錳鋼硬化層的硬度HB800～500。觀察Mn13錘頭其表面磨痕形貌見圖。Mn13錘頭表面磨痕的SEM圖像4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析從圖中可以看出，磨痕表面有溝槽與犁溝，說明Mn13錘頭在服役環(huán)境下是典型的磨料磨損機理。磨料磨損根據(jù)力的作用特點一般可以分為以下三種：1）鑿削式磨料磨損由于磨料對材料表面進行高應(yīng)力碰撞，從材料表面鑿削出顆粒狀的金屬，被磨表面形成很深的犁溝。2）高應(yīng)力碾碎式磨料磨損當磨料與材料表面之間的接觸壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強度時，一般金屬材料表面被拉傷，韌性材料產(chǎn)生塑性變形或疲勞，脆性材料則發(fā)生碎裂或剝落。3）低應(yīng)力擦傷式磨料磨損當磨料與材料表面之間的作用力小于磨料的壓潰強度時，材料表面只發(fā)生微小的劃痕。從照片可見該錘頭應(yīng)為鑿削式磨料磨損。硬度是材料耐磨性的重要因素。4.4 實際案例——反擊式破碎機錘頭耐磨性偏低分析材料淬火溫度/°C淬火保溫時間/min淬火介質(zhì)回火溫度/°C回火時間/min42CrMo85030水淬200404.

錘頭材料選擇與熱處理工藝制定為提高耐磨性能必須提高硬度，可以考慮采用高碳合金鋼與中碳合金鋼制作錘頭材料。采用高碳合金鋼硬度很高，但是由于韌性差有發(fā)生脆斷的風險，所以采用中碳合金鋼制作錘頭，經(jīng)過成本、加工等多方面因素考慮選擇42CrMo材料。42CrMo材料制備的零件通常采用調(diào)質(zhì)處理，但是在制作錘頭時采用低溫回火工藝，見表。42CrMo錘頭熱