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水利喷射器喷嘴与喉管使用寿命研究
发布时间: 2011/11/16

   摩擦与磨损是各种机器设备在运转过程中普遍存在的一种现象,一般来说,磨损是摩擦的必然结果,它们是影响机器设备工作效事与使用寿命的主要因素,金属磨损是造成机械零件失效的三种方式之一,每年由于磨损而造成的损失十分惊人.统计资料表明,世界上目前消耗的能源约有三分之一到二分之一表现为各种形式的摩擦损失,而摩擦导致的磨损又是材料三种主要失效形式之一,它所造成的经济损失是十分巨大的,据美国1982年的估计,仅仅美国每年在摩擦领域导致的经济损失达1190亿美元。随着重工业的发展,我国用于冶金矿山、建材工业、电力工业、机械工业、农业机械、国防工业以及航空、航天等等领域的抗磨材料每年以百万吨计,每年因为磨损导致的经济损失非常巨大。由此可见,材料磨损是—个关系列田民经济和全球性的资源是否得到有效利用的大问题。因此,材料磨损研究日益成为材料领域研究的重点课愿之一。有关耐磨材料的研究工作越来越引起人们的重视,很多部门将挺高耐磨材料的耐磨性及使用寿命列为重点研究课题。

  目前我国水利喷射嚣喷嘴与喉管大多使用的材科为高锰钢,使用寿命在4-6个月,最长不超过7个月。并且各地使用的材料也不尽相同,也没有统一的规范。国内较常采用铬镶合金铸造喉管,成本高、寿命短,一般在4个月左右。由于喷嘴和喉管的输科介质不同,所以很快找到一种比较好的材质,同时生产两种零件。通过解析原装配件发现他们使用的材科为ECR合金,使用寿命可达6年之久。

  根据调研分析,参照我厂多年生产钻井泵缸套的经验,由于钻井泵缸套的使用环境与水力喷射器相似,缸套内村为高铬白口铸铁,外套为45铸钢。由于缸套内衬为高铬白口铸铁。硬度较高且具有一定的耐腐蚀性,而外套为45铸钢材料,保证了缸套所需要的韧性,因此这种钻井泵缸套的使用寿命较高,也为我厂创造了客观的经济效益。有鉴于此,本文考虑采用高铬白口铸铁材质铸造水利喷射嚣喷嘴和喉管。

  白口铸铁是指在铸铁中的碳主要以碳化物彤式存在、铸态组织申不含石墨、断口呈银白色的铸铁。警通白口铸铁具有生产工艺简单,生产成本低等优点,从而成为传统耐磨材料之一。但是它的组织是典型莱氏体,决定了普通白口铸铁具有韧性差,脆性大等缺点,在某些承受一定冲击的工况条件下,使用寿命受到较大的限制,使其应用范围也受到限制。而水利喷射嚣喷嘴和喉管在使用过程中承受细小的煤灰砂粒的冲击,冲击戴荷不是很大,对力学性能的要求主要有两个方面,一是高硬度,二是要求材料必须具有一定的耐腐蚀性。在普通白口锊铁的基础上添加合金元素,使其合金化是改善组织形态,满足性能要求的有效办法。对高合金白口铸铁而言,按照合金元素种类,常用的高合金白口铸铁可分为:镍铬系、铬钼系、铬系,钨系等四大系列。镍铬系,铬钼系自口铸铁经过适当的热处理后可获得较高的抗冲击疲劳能力和高的硬度。然而我国镍资源比较缺乏,而锯的价格又居高不下,致使这两类自口铸铁的应用受到了限制。多年来,国内外众多学者对含铬白口铸铁进行了深入的研究,使含铬白口锊铁获得了广泛的应用,成为耐磨材料的一支主力军。此类白口铸铁含铬量高,高的铬量可提高耐磨性、耐腐蚀性、韧性和淬透性,抵抗磨蚀磨损及热磨掼的能力也大大增加.在酸性介质中.一般要求舍铬量较高l而在一般腐蚀磨损条件下,含铬量可适当降低,铬含量的减少又导致韧性的下降。因此,提高含铬白口铸铁的韧性。获得强韧性与硬度的最佳配合,从而最大限度地发挥含铬白口铸铁的潜力,提高其耐磨性,延长其使用寿命,是含铬耐磨白口铸铁研究的方向和目的。从世界范围来看,铬资源并不缺乏,而且价格适中,与其它合金白口铸铁相比,舍铬白口铸铁具有价格优势,性价比颇具吸引力,因而成为世界范围内广泛应用的抗磨材料。

  在金属材料化学成分已经确定的情况下,其力学性能和使用寿命强烈地依糠于组织结构和形貌,对含铬耐磨自口铸铁而育,同样如此。含铬自口耐毫铸铁的基本组织特征是。在金属基体上分布着较大敷量硬而脆的块状碳化物,它的耐磨性高低就是由基体组织的类型、性质与碳化物的种类、数量、分布形态所决定的。改善白口铸铁耐磨性必须根据具体工况条件,合理选择基体组织和改善碳化物的形态及其分布.包括碳化钧与基体组织的类型,相对含量、形态,大小、分布情况等。因此,在优化含铬耐套铸铁化学成分的前提下,控制其工艺过程以获得理想的组织。尤其要避免铸造缺陷的产生,从而使其具有所希望的耐磨性能,是提高含铬耐磨白口铸铁耐磨性、延长耐磨件使用寿命的关键。

  控制含铬白口耐磨铸铁的制备过程主要在确定合理成分的前提下,对熔炼及凝固过程进行有效的控制。控制熔炼过程,最大程度地降低有害杂质的含量,既能有效地去除非均匀形核的核心,增加凝固结晶的熟力学过冷度,抑制碳化物高温下过分长大,有利于改善碳化物的形态,又能净化晶界。有利于韧性的提高;控制凝固过程。在本课愿中主要是指铸造工艺的控制,包括控制冷却速度、设置合理的浇冒口等手段改变形核和长大的热力学、动力学条件,促进碳化物孤立断续分布。使碳化物充分发挥增强相的作用,减少其割裂基体的负面影响;同时尽可能避免喷嘴和喉管内壁部位出现组织疏松,有利于耐磨性能的提高。