高耐磨性沥青混凝土搅拌机衬板的研究

高耐磨性沥青混凝土搅拌机衬板的研究

王玉波，陈辉，黄少能，严鸿福，张晓文

广东省建筑工程机械施工有限公司  510000

摘要：作为高耐磨性沥青混凝土搅拌机的重要组成构件，搅拌机中衬板经常会因为磨损而失去功效，严重影响了高耐磨性沥青混凝土搅拌机正常工作。对此，本文从高耐磨性沥青混凝土搅拌机衬板失效情况入手，分析高耐磨性沥青混凝土搅拌机材料选择与成分选择，然后在此基础上做相应的耐磨性模拟实验，并对实验结构进行分析，以期通过试验可以深化人们对搅拌机衬板认识，选择合适的材料来提高衬板的耐磨性。

关键词：高耐磨性；沥青混凝土；搅拌机；衬板

引言

随着交通运输行业发展，交通基础设施建设数量与规模也越来越大，对于沥青混合料的需求也越来越多。为了满足交通运输行业发展需求，沥青搅拌设备被广泛应用于道路建设中。但在搅拌机运作过程中，搅拌器中的衬板会因为频繁搅拌而出现磨损的情况，严重影响高耐磨性沥青混凝土搅拌机正常使用。基于此，对提高搅拌机中衬板的耐磨性进行研究是非常有必要的。相关人员需要从材料方面进行分析，通过有效的试验模拟来选择合适的衬板材料，提高其耐磨性，确保搅拌机能够正常工作。

1高温耐磨性沥青混凝土搅拌机衬板失效分析

在沥青混合料制备过程中，通常是先将骨料进行粗配、烘干、加热，然后再按照相应的比例加入粉料与沥青，通过强制搅拌的方式来制成沥青混合料。在搅拌过程中，由于混合料运动与摩擦，搅拌器中衬板一方面会受到磨料磨损，同时还会受到一定挤压与腐蚀。在这种情况下，衬板就会受到磨损，从而出现厚度变薄至磨穿漏料而失效。因此，如何提高衬板的耐磨性已经成为了现在人们重点关注的问题。[1]

2高温耐磨性沥青混凝土搅拌机衬板材料选择

从当下衬板使用的材料来看，目前衬板使用材料主要有两种，一种是进口衬板，选用的是镍硬铸铁；另一种是国内自制的衬板，多选用铬系白口铸铁作为抗磨件。但相对昂贵的进口材料，如何使用国产材料来代替一直是人们追求的目标。为了更好地了解这两种材料特性，本文通过磨损试验对这两种铸铁的磨损特性进行了分析。对于试验所使用的铬系白口铸铁，可以使用中频感应炉进行熔炼，然后利用砂型浇筑来加工成试样。[2]同理，镍硬铸铁试样只要使用进口材料进行加工即可。在完成试样制作后，应对试样进行编号，并且对其名称与硬度也一并进行注明。

3耐磨性试验模拟

从高耐磨性沥青混凝土搅拌机衬板磨损情况来看，衬板磨损类型主要分为三种，分别是低应力、高应力或者冲击磨料磨损。因此，在开展耐磨性试验模拟时，可以采用以下两种方法进行试验。第一，借助ML-10型磨料磨损试验机，对试样进行削盘磨损试验。在这过程中可以将载荷调为9.8N和16.66N。第二，使用MLD-10型磨料磨损试验机，开展冲击磨损试验。在试验过程中，可以通过一定的速度将上试样打到下试样，一般冲击功保持在1J即可。试样之间需加入一定的石英砂，并且石英砂为20~40目。在上试样重新抬起之前，下试样会与上试样产生相对滑动，这时保持下试样的转速为200r/min，持续磨损10min。然后在同等试验条件下，将镍硬铸铁磨损失重作为参考标准。[3]

4实验结果与分析

4.1削盘磨损

通过试验可以发现，在两种不同载荷的磨损条件下，耐磨性最好的材料为21CrMoCu，然后是15CrMoCu。导致这种情况出现的主要原因是耐磨性与材料的硬度有关系。在切削试验中，铸铁是由表面分布碳化物组成的基体，当铸铁受到切削时，基体表面碳化物数量就直接关系着材料耐磨性，碳化物较多的材料在切削中受到磨损就越少；反之，则会出现更多的磨损。21CrMoCu、15CrMoCu这两种试样相较于镍硬铸铁，碳化物数量比较多，能够有效抵抗磨料对基体的切削，从而表现出较好的耐磨性。但是当载荷比较大时，21CrMoCu较软的基体就无法像15CrMoCu一样能够有效支撑碳化物，从而使得碳化物出现断裂或者脱离的情况，导致试样的耐磨性降低。[4]

在上述分析中可以发现，材料在切削磨损下的耐磨性，只跟材料基体组织的硬度和韧性有关。只要材料基体组织具有较好的硬度与韧性，就能够有效避免试样在切削试验中受到切削。这样就能够较好地支撑碳化物，而碳化物本身又具有一定韧性和高硬度，可以很好地提高材料的耐磨性。

4.2冲击磨料磨损

在冲击磨料磨损试验中，通过试验模拟可以发现，15CrMoCu、21CrMoCu与镍硬铸铁这三种材料中，15CrMoCu耐磨性是这三者中最好的，21CrMoCu与镍硬铸铁这两种则是相当。这是因为15CrMoCu的基体组织与碳化物之间形成了良好的配合，强韧的基体组织为碳化物提供了支撑，而碳化物又反过来很好地保护了基体。铬系白口铸铁表现出优异的耐磨性则是因为当Cr/C的比值大于4时，会形成一种M7C3型的碳化物，这种碳化物具有非常高的硬度，据实验表明该碳化物的硬度可以达到1200HV以上，因此相应的铬系白口铸铁具有较好的耐磨性。在本次试验中，15CrMoCu无论是在哪种试验条件下，都表现出了良好的耐磨性能，这也恰好说明了这一点。镍硬铸铁的基体是马氏体，虽然在硬度表现方面比较优越，跟碳化物硬度差不多，但在韧性方面却比较差，容易发生断裂脱离基体。在冲击磨损试验条件下，很容易出现磨损的情况，这也是镍硬铸铁耐磨性不如15CrMoCu的原因所在。

[5]21CrMoCu虽然在碳化物数量方面也表现得比较多，而且硬度与韧性等性能方面也表现不错，但因为其集体组织中混有较多的残余奥氏体，而这些残余奥氏体会严重降低材料的耐磨性。这是因为在大多数磨损条件下，残余奥氏体会转化为马氏体，这样就会使得基体硬度变低，从而无法很好地抵抗切削能力。从这就可以看出，21CrMoCu耐磨性与镍硬铸铁差不多。即使出现奥氏体转变为马氏体的情况，但这其中也会伴随着裂纹出现，导致材料出现剥落的情况，进而降低材料的耐磨性。这也是21CrMoCu在本次试验中表现出不稳定的原因。

结束语

综上所述，衬板作为高耐磨性沥青混凝土搅拌机的关键部位，其耐磨性会直接影响搅拌机的运作，并且影响搅拌机的使用寿命。因此，要想高耐磨性沥青混凝土搅拌机使用寿命，需要从衬板的材料入手，通过选择合适的材料来提高衬板的耐磨性，避免其在工作中磨损太快而导致搅拌机无法正常工作。为了更好地选择衬板材料，需要通过磨损试验模拟来了解每种材料的性能。目前，常见的衬板材料有15CrMoCu、21CrMoCu与镍硬铸铁。对于这三种材料，15CrMoCu是其中耐磨性最好的一种，而且其成本价格也不是很高。因此在衬板材料选择过程中，15CrMoCu将是良好替代材料，能够较好地改变进口衬板成本昂贵的情况。

参考文献

[1]吕本度,闫智海,张斌发,吕云福. 湿式棒磨机磨筒体衬板提升角优化实践[J]. 煤炭加工与综合利用,2022,(03):44-46.

[2]付昌会,刘海明. 搅拌机工作环境中的衬板材质选择[J]. 筑路机械与施工机械化,2011,28(05):82-84.

[3], 微变形铸态高耐磨性搅拌机衬板. 天津市,河北工业大学,2011-01-01.

[4]吴占文,符寒光,周强,杨东来. 高硼铸造合金在搅拌机衬板上的应用[J]. 工程机械,2006,(09):61-65+106.

[5]符寒光,杨东来. 高硼铸造合金衬板的研究与应用[C]. 湖北省机械工程学会锻造专业委员会.第八届21省（市、自治区）4市铸造学术年会论文集.湖北省机械工程学会锻造专业委员会:湖北省机械工程学会,2006:45-48.