白口鑄鐵磨面輥齒面等離子弧重熔工藝及機(jī)理研究.pdf

1、磨面輥作為面粉生產(chǎn)設(shè)備中的主要部件，其耐磨性的好壞將直接影晌到面粉質(zhì)量等級和生產(chǎn)率。目前世界上制粉行業(yè)通用的磨面輥材料為白口鑄鐵，因為白口鑄鐵中含有大量的游離滲碳體，性質(zhì)脆硬，比較耐磨。熱導(dǎo)率適中和微結(jié)構(gòu)稀疏的鑄鐵類材料很適合重熔工藝，且重熔后材料性能會得到改善。本文借助金屬學(xué)知識對重熔原理進(jìn)行解釋，利用高能量密度熱源等離子弧對亞共晶白口鑄鐵磨面輥齒面進(jìn)行重熔處理，利用有限元分析軟件對重熔溫度場進(jìn)行模擬，并對重熔耐磨層的成分、微觀組織、

2、磨損性能等多方面進(jìn)行了系統(tǒng)分析，文中還對影響重熔耐磨層組織及性能的因素及影響規(guī)律進(jìn)行了研究。
　　 由金屬學(xué)原理可知，等離子弧重熔是金屬重新熔化、凝固、結(jié)晶及相變的過程。磨面輥輥齒在等離子弧重熔過程中吸收熱量，齒頂在短時間內(nèi)溫度升高至熔點而發(fā)生熔化，輥齒內(nèi)受熱溫度達(dá)到相變點的部位發(fā)生組織相變。由于鐵碳相圖具有二重性，根據(jù)材料的受熱量多少和冷卻速度的快慢，碳可能以滲碳體和石墨兩種形式析出。由于等離子弧重熔磨面輥齒加熱和冷卻速度，熱

3、力學(xué)平衡狀態(tài)很難達(dá)到，因此，材料中合金元素的擴(kuò)散和石墨化進(jìn)程得到了抑制，造成組織狀態(tài)、結(jié)構(gòu)等發(fā)生了變化，從而影響到材料各種性能。
　　 通過必要且合理的假設(shè)，建立幾何模型，利用有限元軟件對磨面輥等離子弧重熔過程進(jìn)行模擬。重熔過程會在極短時間內(nèi)完成，1.5s內(nèi)溫度已經(jīng)完成了由25℃升至1200℃又冷卻到808.3℃的變化，發(fā)生重熔和組織相變的區(qū)域?qū)挾燃s為1.5mm，且重熔區(qū)域?qū)挾炔淮?。其它參?shù)不變的條件下，單純增大電流至7.5A，

4、重熔和組織相變區(qū)域增大，且重熔區(qū)域過大失去磨面輥齒面重熔的現(xiàn)實意義。7.0A的電流和5.0mm的等離子噴槍槍頭與輥齒頂部距離適合進(jìn)行重熔處理，重熔以后不會出現(xiàn)輥齒頂端嚴(yán)重熔化現(xiàn)象。
　　 重熔后輥齒碳含量顯著提高，大于等于4.3％，達(dá)到共晶和過共晶組織轉(zhuǎn)變的成分點。碳含量的最高點出現(xiàn)在距齒頂約0.2-0.4mm處。重熔后萊氏體數(shù)量明顯增加，珠光體組織得到細(xì)化，碳化物的形態(tài)也發(fā)生了變化，亞共晶白口鑄鐵組織轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓾B碳體、萊氏體和少

5、量珠光體組成的共晶和過共晶混合組織，與成分分析結(jié)果相吻合。組織表現(xiàn)為向著輥齒側(cè)面生長。
　　 由正交試驗結(jié)果及分析確定，各個因素對重熔耐磨層的深度和硬度影響并不是單一的線性關(guān)系，且工作電弧電流值是重熔耐磨層硬度的主要影響因素，而噴嘴與輥齒頂端的距離是影響重熔耐磨層深度的主要因素。等離子弧重熔白口鑄鐵磨面輥齒的工藝參數(shù)選擇為：電弧電流值7.0A，等離子噴槍槍頭到輥齒頂?shù)木嚯x5mm，槍頭移動速度2.0mm/s，工作氣體壓力6.5MP

6、a。
　　 經(jīng)過等離子弧重熔后磨面輥摩擦系數(shù)由1.7-1.8降低到1.5-1.6。輥齒的硬度由原來58HRC-60HRC提高到了64HRC-65HRC，齒頂?shù)钠骄捕戎颠_(dá)到64.5HRC。磨面輥的磨損形式發(fā)生改變，未熔前的磨損試樣表面存在大量的凹坑，而重熔后磨損表面出現(xiàn)的粘著凹坑數(shù)量明顯減少，磨屑對摩擦副表面產(chǎn)生的劃痕增多，但均較短淺，主要表現(xiàn)為磨粒磨損形式。重熔后珠光體組織中滲碳體和鐵素體片變大變薄，同一珠光體團(tuán)內(nèi)片層晶向趨于