饲料颗粒机环模用耐磨耐蚀材料的选材研究

发布时间：2020-06-18 08:45

【摘要】：饲料颗粒机环模是饲料颗粒机上的核心部件,是一种周身遍布细孔的环形易损耗部件。饲料颗粒在制粒过程中,环模随着磨损造成的模孔孔径变大,所生产的饲料颗粒的成型率也随之下降,当成型率下降至75%时,就意味着环模失效,需要更换。随着我国经济的不断发展,市场对环模的需求越来越大,每年环模消耗钢材几百万吨。我国制造环模用材料一般选用牌号为4Cr13的马氏体不锈钢,使用寿命一般为600-800工时,寿命短且低于国外进口环模1000工时的使用寿命。而更换和维修也需要耗费大量人力成本和时间成本,这些都大大提高了饲料颗粒的生产成本,同时也对我国能源造成一种极大的浪费。所以提高我国环模的使用寿命有着重要的工程应用价值和科学意义。本文从开发新环模材料的角度出发,尝试选用市面常用热作模具钢H13和3Cr2W8V两种材料替换4Cr13马氏体不锈钢基体以及通过在4Cr13不锈钢表面作热喷涂强化工艺两种方式来提高环模的使用寿命,进而达到降低饲料颗粒生产成本、减少国家资源浪费的目的。本文的工作有以下几方面:(1)取样国内某饲料颗粒厂报废环模材料4Cr13马氏体不锈钢,通过观察分析其失效结构、组织及表面磨损形貌,对环模进行失效分析。(2)根据环模的失效机制,设计试验平台模拟环模磨损工况。(3)尝试用市面常用的热作模具钢H13钢和3Cr2W8V钢以及用热喷涂工艺对4Cr13表面喷涂WC涂层和CrC涂层四种方式替代4Cr13不锈钢材料作为环模材料。(4)利用试验平台对以上四种材料做模拟环模磨损试验、力学试验和腐蚀试验等。(5)全面分析数据,验证以上四种材料替代4Cr13做环模材料的可行性。研究结果表明:(1)环模材料本身选材很重要,其中的非金属氧化夹杂和大量存在的碳化物颗粒会影响环模的力学性能,导致环模的强度下降。(2)环模磨损最严重的地方是环模模孔进料口处,其主要失效机制是磨损形成的犁沟、磨损和疲劳交互作用造成的碳化物剥落以及疲劳和腐蚀交互作用造成的腐蚀剥落坑。(3)建立了一套通过试验来评价环模材料的试验平台。(4)通过用市场上常用的热作模具钢H13钢和3Cr2W8V钢与4Cr13不锈钢做力学性能比较发现,3Cr2W8V钢的韧性最好,H13钢次之,4Cr13不锈钢最差。(5)五种材料耐磨性能从低到高排序为:3Cr2W8V钢、H13钢、4Cr13不锈钢、CrC涂层、WC涂层。(6)从腐蚀形貌来看,4Cr13不锈钢要优于3Cr2W8V钢和H13钢,WC涂层和CrC涂层基本看不到腐蚀迹象。(7)对4Cr13生产的环模工作面表面热喷涂WC涂层能够提高其耐磨和耐腐蚀性能,试验条件下其耐磨性能甚至可以达到原来的15倍。
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S817.1
【图文】：

示意图,颗粒机,饲料,工作原理

形颗粒[2] [3]，饲料颗粒机及其工作原理如图1-1所示。图 1-1 饲料颗粒机及其工作原理示意图(a) 饲料颗粒机示意图；(b) 饲料颗粒机工作原理图Fig.1-1 Schematic diagram of Feed Grinder and its working principle(a) Sketch map of Feed Grinder；(b) Working principle diagram of Feed Grinder1.1.2 饲料颗粒机环模饲料颗粒机环模为一周身遍布小孔的环形部件，正常工作时环模与压辊不接触，环模与压辊的装配间隙约为 0.3 毫米。在使用过程中，环模需要长期承受来自压辊的正压力和与饲料之间由于滑移而产生的滑动摩擦力，使环模受到弯曲应力和接触压应力[4]。多项研究表明环模的主要失效机制为磨损失效以及疲劳破坏，因而要求环模成品表面既要硬度高，又要有一定的结构韧性。同时，由于饲料颗粒需要在高温及潮湿环境中挤压成型，加之饲料本身的成分特点性质，故环模材料的工况对环模有一定的腐蚀作用，所以又要求环(a) (b)

示意图,饲料,内部结构,磨损形式

要提高制粒机环模的使用寿命，环模的选材是关键因素，饲料颗粒机环模及其模孔结构如图1-2 所示。图 1-2 饲料颗粒机环模及其内部结构示意图(a) 饲料颗粒机环模示意图；(b) 饲料颗粒机环模模孔结构Fig.1-2 Schematic diagram of the Feed Grinder ring and its hole structure(a) Schematic diagram of the Feed Grinder ring；(b) Hole structure of the Feed Grinder ring1.2 摩擦磨损理论目前在国际上，关于摩擦磨损的理论分类还没有统一或者普遍认可的分法，但其中有几种比较客观的观点：磨损可化分为三大类：依据磨损的环境及磨损所处的介质的不同可分为：干磨损、湿磨损和流体磨损；依据摩擦副材料属性的不同可分为：金属—金属磨损、金属—磨料磨损和金属—流体磨损；依据磨损机理性质的不同可分为：冲击磨损、粘着磨损、疲劳磨损、滑动磨损[5]。在实际磨损中，通常是一种或多种磨损形式并存，有时是当一种磨损形式发生后，诱发了另外一种或另外几种磨损形式[6]。本文研究的磨损形式主要发生在金属材料上，金属材料的磨损形式主要可以分为为：磨粒磨损形式、疲劳磨损形式、腐蚀磨损形式、冲蚀磨损形式等[7]。1.2.1 磨粒磨损(a) (b)

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