高铬铸铁与碳化钨堆焊复合合金及聚氨酯的耐磨性

1.关于耐磨性好坏的说法耐磨性是一个笼统的概念, 说某一种材料的耐磨性比另一种材料的耐磨性好, 更严谨地说应该是指出在什么情况下的耐磨性或者说应分清耐哪一种磨损性。

2. 高铬铸铁与碳化钨堆焊复合合金的耐磨性

一般人们认为高铬铸铁的耐磨性不如碳化钨堆焊复合合金的耐磨性, 其实这是一个误区, 不能一概而论, 要分不同的情况看待。

2.1  碳化钨堆焊复合合金的耐磨性

碳化钨堆焊复合合金的结构为铸造或烧结碳化钨颗粒+ 堆焊基体组成, 其中堆焊基体为马氏体、奥氏体、珠光体、莱氏体等, 其硬度远远小于碳化钨颗粒的硬度, 在这里面起耐磨作用的主要是碳化钨, 基体仅起支撑作用。因此, 碳化钨颗粒本身的耐磨性及碳化钨颗粒在磨损表面的百分比对耐磨性影响极大。

( 1) 碳化钨颗粒在磨损表面的面积百分比对耐磨性的影响碳化钨堆焊复合合金是通过焊条或焊丝来获得堆焊层的, 其在制造过程中添加碳化钨时一般是以重量百分比来计算的, 而对于碳化钨这种密度远高于铁的物质来说, 其面积百分比。

式中Wt% ― 碳化钨的重量百分比。

碳化钨重量百分比与面积百分比的对比如表1所示。

表1 碳化钨重量百分比与面积百分比的对比关系

Tab The relation between percentage by weight and

percentage by area of WC

Wt%	30	40	50	60	70
S%	17.5	25	33	43	54

在碳化钨堆焊复合合金的制造工艺过程中就决定了碳化钨的重量百分比一般最高可达60%~70% , 故其面积百分比最高可达50%左右。

( 2) 碳化钨的颗粒度对耐磨性的影响在焊条或焊丝的制造过程中一般倾向于用较大的颗粒, 例如20 目( 直径1 mm 左右) ~ 60 目( 直径04 mm 左右) 。颗粒越大, 单个颗粒表面与基体接触越多, 接触强度越高, 颗粒越不容易脱落, 但是, 在面积百分比一定的情况下, 颗粒越大, 分布越不均匀, 基体的局部区域越大, 暴露给磨料的部分越多,对耐磨性反而不利。在这种情况下, 要根据磨料的性质而定。磨料越大, 碳化钨颗粒应该大些; 反之,应该小些。譬如, 破碎大块岩石, 颗粒应该大些; 而与细沙或煤粉相接触, 颗粒应该小些。

2.2  高铬铸铁的耐磨性

高铬铸铁一般是指含碳量大于2% 、含铬量大于15% 的一类铸铁。从焊接的角度来说, 现在应用的高铬铸铁含碳量一般在2% ~ 7%之间, 含铬量一般在15%~ 40% 之间。高铬铸铁的组织一般为基体+ 碳化铬。高铬铸铁的耐磨性取决于其表面上碳化物的百分含量, 而碳化物的百分含量又取决于其含碳量及含铬量。高铬铸铁的合金含量与碳化物百分含量的关系见参考文献[ 2]、[ 3] 。以C% = 5. 5% 、Cr% = 30% 为例, 通过计算可得出碳化物的最高百分含量为64.85% 或69.11% ,这种材料在现实中从焊接的角度来说是可以做到的( 譬如说用我们研制的埋弧堆焊药芯焊丝MG  2) ,可见其碳化物百分含量要高于常见的碳化钨堆焊复合合金中碳化钨的百分含量。高铬铸铁中碳化物的粒度比碳化钨堆焊复合合金中碳化钨颗粒的粒度要小得多, 一般在40μm 以下, 分布也更均匀, 这种情况下对耐细磨料磨损更有利。

2.3 耐磨性对比

试验采用湿砂橡胶轮式三体磨料磨损试验机,磨料为石英砂, 粒度为50~ 70 目, 试验材料化学成分如表2 所示, 试验结果: 碳化钨堆焊复合合金平均失重0.071 g; 高铬铸铁平均失重0.035 g。

表2 试验材料化学成分( Wt%)

Tab. 2Composition of the test materials ( Wt% )

由此可见, 在此种情况下碳化钨堆焊复合合金的耐磨性并不比高铬铸铁的耐磨性好。造成这种情况的主要原因就是由于碳化钨堆焊复合合金中除碳化钨颗粒以外的基体的耐磨性相对较弱, 在磨损过程中石英砂对其产生切削作用, 使之失重较大, 而高铬铸铁中碳化物密集分布, 使石英砂对其切削不连贯, 失重较小。因此, 高铬铸铁的耐磨性不如碳化钨堆焊复合合金的耐磨性好这一说法是不太严谨的。这2 种材料的适用场合应有所区别, 碳化钨的显微硬度比碳化铬的显微硬度要高, 因此, 碳化钨堆焊复合合金更适用于磨料较硬的场合, 譬如破碎岩石等, 而高铬铸铁更适用于磨料相对较软的场合, 譬如煤、泥土等。

聚氨酯弹性体的耐磨性能体现在哪些方面?

聚氨酯弹性体的耐磨性比其他橡胶优越，与钢相比，在干摩擦条件下，它的体积损耗比钢高6～7倍，但是，如果在聚氨酯弹性体与接触物之间加上润滑剂，例如水、油或其他液体，使工作条件改变为润滑摩擦，则聚氨酯弹性体的耐磨性比钢还要好。

1、实心轮胎：用硬度90～95的浇注型聚氨酯弹性体制作实心轮胎，用于内传动的运输车辆，例如，蓄电池小车和农田运输车辆、起重机的实心轮胎。采用聚氨酯实心轮胎的截面不易磨损，因为它的耐撕强度与耐磨性都很好。与钢轮相比，它的硬度较小，因此与地面的摩擦也小。此外，聚氨酯实心轮胎负载能力和使用寿命都比通用橡胶制造的实心轮胎大4～5倍。由于变形小，这种轮胎的滚动损失也较小。

2、胶辊：钢铁、造纸、纺织、印刷等工业用的胶辊可用聚氨酯浇注胶制备。耐磨性好，使用寿命长，而且可提高劳动生产效率。特别是造纸用胶辊，其中大型胶辊每个需胶1t。

3、胶带：聚氨酯弹性体耐磨性好，摩擦系数又大，且能吸收噪声，故适用于做摩擦胶带。应用实例有：洗衣机、缝纫机、带式录音机，打字机、电唱机和自动售货机等传动带以及矿山等部门用的运输带。

在矿山、冶金、化工等部门使用天然橡胶运输带，在输送较重而锐利的矿石时易被刺伤、刮伤、划破，而使用聚氨酯钢丝绳运输带，没有大块刮破，脱落的现象，使用寿命长，受到用户的欢迎。

4、衬里：聚氨酯弹性体用作污水泵体及球磨机衬里的效果比用特殊合金要好得多。用于泥浆泵的叶轮，耐久性为铸铁的100倍。某厂泥浆泵的叶轮衬聚氨酯后，处理含有硫酸和25%矿石的泥浆778500t后，才发现衬里开始有些磨损，而天然胶的衬里，当处理25000t时已全部磨损。

5、鞋底：聚氨酯弹性体制成的微孔泡沫鞋底在制鞋工业中占有相当的地位，这种鞋底主要特点是质量轻、耐磨、密度仅为普通橡胶的一半，而耐磨性能反而比一般橡胶鞋底高出一倍以上，因此，用于质量要求高的劳动鞋、运动鞋、童鞋等鞋底。采用反应注射成型设备，每小时可生产100双鞋底。>