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引言

本文参考了多篇刊物主要总结了，目前造纸机械的发展，其中包括热磨机的简要介绍，磨片结构、分类及现如今，国内外磨片的发展情况，还有各种元素对磨片性质的影响。还介绍了磨片的热处理的目的作用，磨片的热处理工艺，主要介绍高铬铸铁亚临界淬火。

现如今高铬铸铁凭着硬度高，耐磨性、韧性好等原因迅速成为了国内外个大磨片厂家生产磨片的主要材质。高铬铸铁磨片的热处理工艺主要有高温淬火加回火的方法：这种方法会显著提高磨片的硬度、耐磨性。但此法的温度高、工件易变形和开裂、磨片易打齿，韧性差。等温淬火加回火的方法：这种方法主要是为了提高磨片的硬度和冲击韧性。但本方法处理过的磨片耐磨性较差。亚临界处理的方法：这种方法主要是为了提高的磨片硬度和冲击韧性省去回火过程可以大量节省电资源降低生产成本。但本方法处理过的磨片耐磨性较差。总之高铬铸铁磨片的热处理方法很多这里就不逐个列举了。

 

目录

引  言 2

第1章  造纸热磨机（盘磨机） 3

1.1  概  述 3

1.2热磨机的发展过程 4

1.3磨片打浆原理 5

第2章  磨片的概述 5

2.1磨片的发展 5

2.2磨片的种类 6

2.3磨片的性能要求 8

2.4磨片失效的解决对策 11

1、齿面磨损的改善 11

2、腐蚀的解决方法 11

3、断裂的解决方法 12

2.5磨片的技术要求 12

1、磨齿 12

2、铸件质量 13

3、加工精度 13

4、平衡精度 13

2.6磨片的质量特性 13

1、硬度 13

2、断裂韧性 14

3、塑性 14

4、显微组织 14

5、耐腐蚀性 15

6、齿型设计与制造质量 15

7、抗磨性机理 15

8 、耐热性机理 15

9 、耐蚀性机理 15

2.7磨片的结构 16

第3章  磨片热处理 17

3.1磨片材质的发展 17

3.2磨片热处理 17

1、热处理 17

2、磨片热处理的目的和作用 18

3、高铬铸铁亚温淬火 18

4、高铬铸铁热处理工艺方法的比较 18

参考文献 20

 

第1章  造纸热磨机（盘磨机）

1.1  概  述

TD系列高浓盘磨机﹑热磨床是吉林造纸机械厂吸收欧美先进磨机的优点，结合国内制浆造纸﹑热磨纤维的特色，独立开发的名牌产品，经过三十多年的改进，产品更加完善，获得广泛的市场好评，被称为中国第一磨机。TD系列磨机具有设计先进﹑运行平稳﹑制作优良﹑操作简便﹑自动化程度高﹑保护功能强大等特点，可将各种木质或植物类原料疏解为优质纤维，是造纸﹑制浆﹑人板﹑烟草﹑化工行业的理想配套设备。[1]

1.2热磨机的发展过程

自从二十世纪三十年代顺智(Sunds)公司的阿斯普鲁德（Asplund）发明了第一台热磨机[2]以来，热磨机在造纸行业得到了迅速推广和使用。其迅速的原因有以下几个方面：

1、热磨机是一种连续打浆设备，连续打浆容易做到质量的均一性﹑稳定性，提高劳动生产率，为自动化提供了技术基础，适应大生产发展的要求。

2、热磨机较其它磨浆设备来说，占地少﹑效率高和电耗低。

3、由于热磨机的结构和磨纹的不断改善和完善，使得热磨机能适应各种化学浆和一些特殊浆料的打浆。

4、热磨机的一个突出特点，就是可以用它来实现高浓度连续磨浆（20%以上浆度），能有效的提高磨浆的质量。

5、随着近几年来国外半化学浆﹑化学磨木浆﹑冷碱法制浆﹑蒸木片磨木浆等制浆新工艺的迅速发展，大大促进了磨浆机的发展。热磨机不但可以用来制作打浆设备，还可用来制作制浆设备。

在1993年热磨机问世时，主要是用于磨木粗渣的再磨，设备简单，精度不高。近十多年来，由于对热磨机的机械机构和磨片齿纹作了大量的研究工作，其用途越来越广。特别近几年来国外热磨机的发展异常迅速。在日本﹑西欧和美国使用热磨机已经发展到连续化﹑自动化﹑高效化﹑专用化以及工业大生产普遍使用的水平。尤其芬兰的Metso公司已经成为世界上主要的纸机供应商。

我国早在1958年有些造纸厂就开始尝试使用玄武岩作为磨片处理浆料的热磨机，也有的工厂试用过磨饲料和食品加工用的小钢磨磨浆。1956年我国轻工业部门组织了对适合小型纸厂试用的钢磨的设计﹑研制和选用的工作，促进了我国热磨机的制造和推广使用。我国自己设计﹑研制和投入使用的热磨机已经达到几十种之多。主要规格有φ300﹑φ330﹑φ400﹑φ450﹑φ500﹑φ600﹑φ800﹑φ915和φ1250等。现在国内使用热磨机处理的浆料已经扩展到除了破布浆﹑麻浆以外的所有各种植物纤维浆料，生产出各种工业用纸﹑文化用纸﹑纸板﹑白卡纸﹑双面胶纸﹑卫生纸﹑不透明纸﹑耐水纸﹑复印纸﹑中纤维密度板等百余种品种。随着我国热磨机标准化的实施以及对引进的热磨机的研究，今后我国对热磨机的设计和更广泛的使用，必定有较大的发展。

1.3磨片打浆原理

打浆过程是指纸浆纤维通过两个作相对运动的机械元件即盘磨机磨片的微小间隙时，机械元件表面的齿纹对纤维的直接作用，以及纤维之间的内摩擦作用，结果使纤维束分解，浆团纸片碎解以及单根纤维横断﹑纵裂﹑分丝直至细纤维化的过程。在这一过程中以上这些作用是同时发生的。不过，由于打浆浓度﹑打浆元件相对运动速度﹑打浆元件磨纹的布置和磨盘间隙等因素的不同，打浆效果也就不相同。

如图1-1所示，不同浓度纸浆纤维，通过磨片齿纹间隙时会得到不同的效果。

在3%~4%低浓度下打浆，主要依靠齿纹对纤维的作用，才能使纤维分丝﹑帚化﹑细纤维化。但同时纤维也必然受到较多的切断。而在6%~15%中浓度下打浆，主要依赖于纸浆纤维的内部摩擦使纤维分丝﹑帚化﹑细纤维化，齿纹的直接作用退为第二位。这种打浆机理称为“内摩擦效应”。

第2章  磨片的概述

2.1磨片的发展

热磨机磨片的发展始于20世纪30年代中期，至今已有70多年的历史。第一代热磨机的磨片是在铸成整体的圆盘上磨制成齿形而成。50年代引入了安装在磨盘上的磨片后，磨片齿型才是直接铸造而成。美卓公司为了提高纤维质量、降低能耗和延长磨片的使用寿命，在改进热磨机的磨片方面做出了巨大的努力[3]。

2.2磨片的种类

1、从片数上分重要分为8片和12片两种。

2、从材质上分主要有镍硬铸铁磨片、合金铸铁磨片、高铬铸铁磨片、塑料及高强橡胶磨片、陶瓷及其组合磨片还有现今比较流行的不锈钢磨片。

磨片是盘磨机的“心脏”，其齿型设计、选择的合理与否，将直接影响盘磨机的打浆效能。因此，探讨磨片设计、选择的依据。研究设计、选择的一般规律，最终为设计或选择出科学合理的磨片，确保我们的打浆质量，充分发挥磨浆机的效率，具有十分重要的意义。磨齿是磨片分离纤维的研磨部分，也是磨片的重要部分。磨齿的设计依据主要是纤维用途﹑质量﹑产量要求，纤维颜料特性及磨片旋向和热磨工艺参数等。硬质纤维﹑软质纤维和中密度纤维板所用磨片磨齿设计就完全不一样。但无论什么形式的磨齿，其强度﹑耐磨性﹑耐冲击性﹑重磨性﹑自锐性和分离纤维的质量好﹑产量高的要求都是一致的。

磨齿一般有直形齿和弧形齿两种形状。在一定长度的线段上，弧形齿较直形齿要长。在刀齿齿数一定情况下，弧形齿可以提高磨片的切断长。齿纹排列，目前就国内而言，可谓是纷繁多杂，没有统一的模式。如图2-1所示。但从总体上来看，磨齿齿纹可分为扇块分区齿和圆环分区齿两大类。扇块分区齿类一般为直长齿(如图1的3,4,12)。圆环分区齿类又可分为直长齿(图1的2,5,6,9,11和15)、弧形齿(图1的1,7,10)和直长齿与弧形齿结合的(图1的13,14,16和17)三种。

而国外磨片齿纹，有着简化统一的趋势，已初步形成系列。如图2所示的某进口盘磨处理麻浆、针叶木浆以及阔叶木浆的系列磨片，其均是扇块直长齿纹。所不同的只是齿宽与槽宽不同，也就是齿数和切断长的不同。为了便于设计便于加工制做，向简化统一的方向发展，笔者建议选取扇块分区直长齿和圆环分区直长齿作为常用设计齿纹。扇块分区齿和圆环分区齿，排列刀齿各扇块分区齿可以在扇块区内排列平行等距内外槽宽一致的刀齿，而且通浆齿槽的面积内外差异最小。但刀齿角度和齿长是变化的。圆环分区齿各圆环可以排列齿长和齿角度一致的刀齿，但存在内外槽宽差异亦即通浆齿槽面积内外差异大。

2.3磨片的性能要求

1、磨片的磨损

磨片的磨损分三个阶段：第一阶段为孕育阶段，由于表面较硬，磨损较微；第二阶段为过渡阶段，这一阶段磨损较大，几乎呈线形关系；第三阶段为稳定阶段，这一阶段磨损失重趋于稳定，随着磨损的增加磨损失重增加。磨片失效是指磨片失去了其应有的功能，不能再起到打浆作用。磨片一旦失效，本身也就成了报废品。磨片的功能是对木片或者纤维进行剪切、扭转和摩擦，对纤维进行分离磨片与纤维原料，就力学性能而言，两者有着天壤天别，但是高强度和高硬度的磨片，在研磨松软的纤维时，自身耗损也很快。这是因为磨片面对的不仅是纤维原料，还有许多随之而来的夹杂物，从而出现多种磨损形式，使磨片磨损加剧。再因磨片本身所处的工作环境，也对磨片的磨损失效起到了催化作用。因此对磨片的失效形式有必要进行分类处理。

一般来说．生产上除了要求磨片具备较好的打浆效果之外．也要求磨片必须具有较强的耐磨性能，从而保持成浆质量的稳定．减少成浆质量的波动和工人的劳动工作量磨片的磨损大致可以分成两种形式．第一种是由磨片的正常功能引起的磨损称之为正常磨损：第二种是由非功能性引起的磨损称之为非正常磨损。这两者本身也不是完全孤立的．对于盘磨机打浆来说．正常的磨损主要包括摩擦疲劳磨损、冲蚀磨损和磨粒磨损：非正常的磨损主要为磨片大面积断齿及磨片的碎裂。[4]

（1）齿面磨损

a磨擦磨损：

磨擦磨损是磨齿面上物质不断损耗的过程，主要由夹带硬质木片，硬质颗粒的流体进入磨盘所引起的冲刷、切削或刮擦造成表面材料的损失，硬质粒子对磨片表面进行高频冲撞，使磨齿受到很大的应力，而且这种摩擦力常是动态的，随磨片齿形结构，附带的硬质粒子的表面状态，浆流的冲击角的文化，浆流及冲刷作用力同受损磨齿表面之前的相对运动关系可以从许多使用过的磨片受损情况观察到。

通常，不同的介质条件对磨片磨损的差距较大，如:木片材质硬度愈大，磨片磨损愈快；木片挤压化学预处理愈差，对磨片磨损也愈严重，就杨木制浆来说，南方杨木经北方杨木对磨片的磨损大，其他工况，如盘磨的振动频率，加速度，振幅对磨损也有重要的影响，其失效多具有明显的发展过程，磨片材质，应保证合适的含碳量，磨齿间保持均匀的金相组织和硬度，合理地设计粒流的冲击角度，使木片有效净化和充分化学预处理，保持均匀喂料和高浓磨浆，能有效防止磨粒的冲蚀，延长期磨片受磨损的程度，增加磨片寿命。

b磨齿边缘磨损：

就进口盘磨处理APMP/CTMP阔叶木浆系列磨片来说，均采用扇块长直齿纹及根据浆特性和效能确定磨齿设置，在磨浆过程中磨齿需保持齿刃前缘锋锐，齿槽与齿条面必存有一定的粗糙度，磨齿边缘的钝化主要原因是最普遍的失效，可与磨机政党磨损相联系，一些易磨损的磨片，无论是进口磨片，还是国产磨片，使用不长一段时间，浆质量明显下降，粗纤维增多，产量下降，检查磨片都是齿边缘钝化，这些磨片的材质可以说不一定满足耐磨性的要求，高浓盘磨机磨片材质主要有镍硬铸铁、合金铸铁、高铬铸铁三大类，其金相组织均匀分布着马氏体，高碳莱氏体，齿边缘磨损是由磨齿的微细结构上存在铁素，尽管检测化学组成和硬度都在试验范围内，但较差的热处理能引起铁素体的形成，或在应为马氏体转变的组织中含有大量的铁素体片，该马氏体铁素体混存区的硬度与屈服强度均大为降低，对于高铬白口铸铁，缓慢的冷动速度可使珠光体在微晶粒边缘形成，铬含量太高时，淬火后残余奥氏体量过多还会降低硬度及尺寸的稳定性，增加碳化物的不均匀性，对于不锈钢，高温回火可使所剩的奥氏体转变成为铁素体，由于铁素体是最软相（软相基体首先磨损），磨齿微观结构材质硬度差异偏向于发生择优磨损，使得磨齿边缘抗磨性能下降。

磨齿面的微观结构直接影响磨片性能，选用合适的金属熔炼、精密铸造、热处理工艺、使合金中碳化物和基体奥氏体或马氏体最优化组合，控制基体组织中铁素体的含量，才能得到最优质的磨片，从而能有效地防止边缘钝化的过早发生。

（2）腐蚀磨损

在高浓磨浆中，木片进入磨浆区时须进行化学及蒸汽预处理，因而磨片所处的环境相对比较恶劣。生产不同的产品，磨浆去PH值、蒸汽压力、磨盘转速都有所不同，导致磨盘工况不一样。在磨浆中，腐蚀不是完全孤立的，它与其他磨损是相互作用的。腐蚀促进了磨损，磨损加快了腐蚀，它们相互作用明显比单独的作用要大的多。

磨盘处于高温、高湿和酸性（PH4-5）介质中工作，存在两种腐蚀，即化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是磨盘金属表面同介质发生化学反应，使金属失去原有特性而遭致破坏。电化学腐蚀是磨片金属表面不同金属相构成阴、阳两极，两极电极电位高低不同，在电解溶液中，由于原电池作用，阳极不断溶解使金属破坏并产生电流，在被腐蚀表面可以见到十分细小的阳极凹坑和作为阴极的凸痕

在分力纤维的过程中，磨片磨损类型很少是单一的，往往同时出现多种磨损类型，只是在不同条件下，起主导作用的磨损类型不同而已。如净化较好的原料，磨片以摩擦磨损为主；而夹杂砂石较多的原料，而以磨料磨损为主；对于普通磨片，腐蚀磨损所占比例较高。

（3）汽蚀磨损

汽蚀是由于气泡在润湿的材料表面上的反复形成和破裂多引起的。气泡是液体运动过程中液体提高速度或者升高位置使位能增加，使得压力产生变化，液体转变为气态。如果空泡随着液流运动，当外部压力降低到一定限度时，蒸汽空泡在液体内部形成、发展并接着在压力升高处破灭。汽蚀空泡破灭时伴随着发生强有力的水力冲击，导致过流表面材料的破坏，即磨片齿面的破坏。

（4）磨片的断裂韧性

a热处理制度对断裂韧性的影响:

对于不同温度淬火后又进行高温回火的试样,随着淬火温度的升高,断裂韧性增加,到达某温度值后又下降"说明在低温淬火时,回火后组织为索氏体或贝氏体,使韧性降低;而淬火温度较高时,回火后,马氏体变为回火马氏体,在不出现回火脆性的情况下,强度!硬度下降而断裂韧性提高;当淬火温度太高时,空淬后有一部分残留奥氏体,在高温回火时奥氏体析出二次碳化物,冷却时奥氏体又变为马氏体,韧性又出现下降"铸态的K1c较高是因为组织中有许多残余奥氏的缘故"众所周知,K1c值越大,裂纹失稳扩展所需要的能量就越大,即材料抵抗裂纹失稳扩展和断裂的能力也越大"在高铬铸铁断裂过程中,基体组织的主要作用是阻止裂纹从1个碳化物粒子向另1个碳化物粒子扩展,马氏体对裂纹的扩展阻力小,扩展率高,奥氏体的韧性比马氏体好,裂纹扩展遇到韧性相时,阻力突然升高,可以阻止开裂,故奥氏体的存在可使材料K1c升高" 

b夹杂物对断裂韧性的影响:

夹杂物如硫化物!氧化物等,其韧性较差,为脆性相,由于它们的存在一般会使K1c下降"随着夹杂物体积百分数的增加,K1c下降,因此,材料越纯,K1c越高" 

c碳化物组织对断裂韧性的影响:

碳化物是脆性相,对裂纹扩展阻力小,使韧性降低"碳化物含量越高,K1c越低,但碳化物达一定量时,对K1c起作用的是碳化物的形态和分布"。

2.4磨片失效的解决对策

1、齿面磨损的改善

从材质方面来说，应选用硬度较高的高铬铸铁磨片，它的耐磨性较高。同时，磨齿保持均匀的金相组织和硬度，合理设计粒流的冲击角度，使木片有效的净化和充分化学预处理，保持均匀喂料和高浓磨浆，能有效防止磨粒的冲蚀，延长磨片受损的程度，增加磨片寿命。其中高铬铸铁的元素含量也起到很大作用。其中C含量的高低左右着磨片的脆性。如果脆性增加硬度自然下降。那么齿面的磨损就会增大。但如果C的含量过低则会使磨片的脆性下降。过高的硬度也会使磨齿的受力增加，用样会出现齿面打片的现象。Cr可细化晶粒从而提高铸铁的耐磨性[5]。经实践证明C的含量一般应控制在2.3%～3.2%范围内。而Cr的含量也应控制在一定范围内。而此时硬度值为HRC=53～56，韧性值为5～7J/cm2。从排列的方面来说，应尽量使齿条的齿数多些，齿条尽量紧密些，从而把一定的摩擦力分给更多的承受体，达到减弱磨损的目的。此外，磨齿面的微观结构直接影响磨片性能，选用合适的金属熔炼、精密铸造、热处理工艺，使合金中碳化物和基体奥氏体或马氏体最优化组合，控制基体组织中铁素体的含量，才能得到最优质的磨片，从而能有效地防止齿面磨损的过早发生。

2、腐蚀的解决方法

从材质方面说，应该找到一种硬度强，耐腐蚀的材料来做磨片。其材质中应含有不同的其它元素进行调节。Cr一方面可以提高铸铁的淬透性。提高了基体的电位，削弱了原电池的形成。这样无形之中就削弱了磨片的电化腐蚀。另一方面Cr能形成致密的氧化膜，使铸铁具有良好的抗腐蚀性。Ni的加入也提高了铸铁的淬透性，对铸铁防止点蚀有着积极的作用。在铸铁中加入Mn、Mo等元素也可提高磨片的耐腐蚀性。高铬铸铁磨片的的铸造和机械加工难度大，对设备要求高，但具有高硬度、较好韧性和良好的耐腐蚀性，满足了磨片耐磨性的多项要求，一般使用周期在60天左右，是目前工业化国家普遍采用的磨片。

从另一方面说，为防止气蚀，磨片材料要提高纯度、细化晶粒、保证硬度，对齿面进行增强处理，优化工艺操作，选择合适的磨浆间隙和压力，降低蒸汽流的涡流危害。另外，根据磨片的腐蚀机理、环境介质和限定温度、应力条件，合理选用材质，注意含碳量增加会降低耐蚀性，用合金化法增强材质特性，去残留拉应力，可使其产生晶间腐蚀和应力开裂危险限制到最小。

最后浆料的好坏也直接影响着磨片的腐蚀程度。为了更好的避免各种腐蚀现象的发生，应保证浆料在进入热磨机之前做好预处理，是PH值尽量接近中间值。这样就可以避免在打浆的时候发生各种腐蚀现象。

3、断裂的解决方法

解决磨齿的断裂应该从以下几方面入手：

（1）降低磨片的硬度。磨片硬度的降低使磨片具有了一定的韧性。在大奖过程中便可以尽量减少磨齿断裂现象的发生。

（2）在材质中加入Ni来增多奥氏体相区元素，提高铸铁的淬透性。同时也对磨片的韧性有提高的作用。

（3）在材质中加入Mn、V、Mo等元素。因为这些元素在磨片中起到促进磨片二次硬化的作用。这样一来可以有效的防止出现边缘裂纹，降低了KEC（断裂韧性）的有效值，而且还可以有效的阻止裂纹的产生。

（4）通过变质处理可细化高铬铸铁组织,从而提高断裂韧性"。

2.5磨片的技术要求

1、磨齿

磨齿是磨片分离纤维的研磨部分，也是磨片的重要部分。磨齿的设计依据主要是纤维用途﹑质量﹑产量要求，纤维颜料特性﹑磨片旋向和热磨工艺参数等。硬质纤维﹑软质纤维和中密度纤维板所用磨片磨齿设计就完全不一样。但无论什么形式的磨齿，其强度﹑耐磨性﹑耐冲击性﹑重磨性﹑自锐性和分离纤维的质量好﹑产量高的要求都是一致的。

2、铸件质量

加入合金元素的铸铁和铸钢，虽有提高性能的一面，但铸件性能却变差，并随合金含量的增加而增加。磨片又是薄壁﹑形状复杂﹑断面尺寸变化较大的铸件，铸造难度较大。但由于磨片的作业要求，不允许磨齿部分有任何铸造缺陷，否则任何优质材料的磨片都将失去使用价值。

3、加工精度

高精度的磨片，是保证高效分离纤维和提高磨片耐磨性的重要条件。同一组磨片的厚度﹑安装基面和齿顶平面的平面度﹑两者的平行度等要求很高，相当于GB/T1184~1996《形状和位置公差》附录B1和B3中6级和4级的规定。上述各平面粗糙度也需精细加工达到Ra1.6。

4、平衡精度

由热磨机主轴﹑转动盘﹑磨片和联轴节组成的转子中，磨片结构形状对称性差，断面复杂，变化大，装配误差也较其他部分突出，因而对转子动﹑静平衡影响最大，故对磨片动﹑静平衡要求就显得格外重要。平衡精度是热磨机振动的主要原因，振动造成主轴轴承过早失效，甚至影响整机寿命，同时物耗﹑能耗增加，使整个热磨机技术经济指标下滑。减少振动在于减震设计计算，关键又在磨片的平衡精度。从进口瑞典﹑奥地利和德国磨片来看，磨片动﹑静平衡精度普遍比国产磨片高一个数量级，仅此一点就取得了很好的运行效果

2.6磨片的质量特性

1、硬度

磨片硬度是影响磨片耐磨性的首要因素。高硬度能抑制磨粒的显微切削和挤压作用，摩擦磨损也会减少。但是磨片的耐磨性又不完全取决于硬度，两者之间也不存在比值和对应关系。因为硬度不能反映金属对裂纹的敏感性和扩展速度，硬度也不能取代磨片的塑性和韧性要求。实践证明，在相同工况条件下，同硬度不同材质的磨片，耐磨性会有很大差异。因此不能简单以硬度高低来预示磨片的耐磨性。如图1-2可知，几十年来，磨片硬度总的趋势在提高，但磨片耐磨性未能成比例增加。当今磨片硬度高至HRC55~60，比60年代提高了37%~48%。而耐磨性只提高了15%~20%。这说明了磨片硬度是影响耐磨性的首要因素，但不是唯一因素。而如今国内大多数都才用高铬铸铁磨片，因为高铬铸铁在热处理中有二次碳化物的析出和二次硬化现象,是影响高铬铸铁硬度的重要因素。热处理是使高铬铸铁硬度提高和均匀的关键"。

2、断裂韧性

断裂韧性是金属抗裂纹萌生和扩展的重要特性。断裂韧性好的金属，由于断裂压痕的最小临界尺寸增加，裂纹萌生不易；裂纹出现后，扩展也缓慢，因为金属材料不易脱落，有利于磨片耐磨性的提高。断裂机理造成的金属迁移，比塑性变形造成的金属迁移要大一个数量级，可见断裂韧性是磨片耐磨性十分重要的力学性能之一。

3、塑性    

磨片材料的塑性，以其受力后的变形来吸收磨料冲击的能量，从而减缓脆性断裂的发生。但塑性对抗磨粒磨损十分不利，磨片具有一定的塑性是十分必要的，但不能过量，否则会降低硬度而损害磨片的耐磨性。

4、显微组织

金属显微组织对磨片耐磨性有较大影响。基体组织硬度﹑碳化物数量和硬度以及碳化物形态结构是影响磨片耐磨性的三大要素。基体组织硬度高，才能使碳化物有坚强的支撑，量多而硬度高的碳化物能阻止或削弱磨粒的压入和切削作用，并能使磨粒迅速钝化，也能减少摩擦造成的磨损。磨片耐磨性还与碳化物的形态结构有关，耐磨性好的金属，碳化物呈颗粒状，均匀弥散分布。对于磨片而言，理想的显微组织应是在硬相基体上呈弥散均匀分布着量大硬度高的颗粒状碳化物，且碳化物与基体组织结合牢固。

5、耐腐蚀性

磨片在工作中腐蚀现象严重存在，腐蚀与机械磨损相互助长，加快了磨片的损耗，因此耐腐蚀性是磨片的重要要求。

6、齿型设计与制造质量

齿型的合理设计对提高磨片耐磨性有利，不同的纤维原料有不同的齿型要求。磨片好的铸造质量﹑加工精度和热处理质量均有利于提好耐磨性。

7、抗磨性机理

研究表明[6],Cr>10%的高铬白口铸铁的共晶碳化物为六方晶系的M7C3,(C，Fe)7C3,硬度为HV1200-1600,比一般白口铸铁的共晶碳化Fe3C3(HV840-1100)高;此外,高铬铸铁中的共晶结构与一般铸铁中的莱氏体不同,一般铸铁中的莱氏体呈连续网状,而含高铬的共晶碳化物呈断的块条块状态,相当于在基体上镶嵌入高硬度的颗粒;同时,凝固时(Cr，Fe)7C3是孤立相,而奥氏体是连续相"因此高铬铸铁不仅抗磨性好,而且削弱了高硬度相的脆化作用,相较普通白口铸铁有较好的韧性"该类材料的抗磨特性,主要是靠其本身的马氏体基体确保的,它硬度高(HRC5-60),所以是用于磨料磨损和抗切削磨损的首选材料。

8 、耐热性机理

高铬铸铁作为耐热材料最大特点,是由于组织中的M7C3即(Cr，Fe)7C3型合金碳化物所起的骨架作用,从而提高了铸件在高温作用下的热强性能,使之不变形,同时又由于基体中的高铬浓度而具有较高的抗氧化烧蚀性能"研究表明[2],在铸铁中加入少量的铬(1%~2%)可以细化石墨,提高珠光体的稳定性,所以能改善铸铁的耐热性能"当加入多量的铬时,基体组织形成单相的铁素体(无相变,体积生长)或单相的稳定奥氏体组织"同时,表层能生成连续的氧化膜保护层,合金元素形成的氧化膜均匀!致密,阻止了氧渗入基体,因此对抗燃气氧化,抗基体生长非常有利,所以耐热性显著提高。

9 、耐蚀性机理

高铬耐蚀铸铁基体显微组织为奥氏体或铁素体加碳化物。由于在弱酸介质中,奥氏体和铁素体钝化能力比马氏体强,生成的钝化膜稳定,因此耐蚀铸铁在氧化性腐蚀介质中显示出优异的耐腐蚀性此外,由于碳化物形成的高硬度，孤立的(Cr，Fe)7C3型理想抗磨相,同时使耐蚀铸铁在含有固体颗粒的腐蚀介质中显示出优异的耐腐蚀和抗冲刷性能。研究表明在耐蚀高铬铸铁的组织中,碳化物的电极电位均高于基体,因此,提高高铬铸性的关键是提高基体的耐蚀性。

2.7磨片的结构

作为磨片自身,其结构主要由粗磨区、细磨区、精磨区和三个定位孔组成(见下图)。这种零件不仅结构复杂,而且尺寸精度高及表面光洁度要求比较高,更不能有诸如砂眼、缩孔、缩松、变形、裂纹等铸造缺陷,因而导致了它的造型及铸件成型都很困难。这类零件,大多数造纸厂主要从国外进口。

第3章  磨片热处理

3.1磨片材质的发展

在生产过程中磨片会磨蚀,严重影响生产质量和效率。因此为了延长磨片的使用寿命,所用材质必须具有良好的耐磨、耐蚀、耐冲击性能[7]。

目前生产磨片材质的主要研究集中在镍硬铸铁、合金钢[8]等方面。

3.2磨片热处理

1、热处理

热处理是指将工件的固态范围内采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变其组织从而获得所需性能的一种工艺方法。[9]

早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。

随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。

中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达 0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。

1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。

   法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。

1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。      

1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。

1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法。

20世纪60年代以来，热处理技术运用等离子场，发展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。[10]

2、磨片热处理的目的和作用

磨片热处理是将磨片在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来的，其目的是改变磨片的内部组织结构，以改善磨片的性能，适当的热处理可以显著提高磨片的机械性能，延长其使用寿命。[11]

3、高铬铸铁亚温淬火

众所周知,通过适当的热处理可以显著改善高铬白口铸铁的组织和使用性能。一般而言,高铬白口铸铁采用高温淬火(也称去稳处理)加回火,或者通过亚临界处理来获得较佳的综合性能。研究表明,含有大量残留奥氏体的铸态高铬白口铸铁通过亚临界处理可以使其中的残留奥氏体发生马氏体转变而使其硬化[12~17],但是对亚临界处理过程中高铬白口铸铁的相转变、硬化动力学和耐磨性还缺乏系统的研究。和高温淬火相比,采用亚临界处理可以避免铸件变形和开裂还可以省去回火过程中能源的消耗以降低生产成本。本文较系统地研究亚临界处理温度和保温时间对高铬白口铸铁的相转变、硬化动力学和耐磨性的影响[18]

4、高铬铸铁热处理工艺方法的比较

高铬铸铁的显微组织中存在着高硬度(1200 ～1800HV)的(Cr,Fe)7 C3型共晶碳化物彼此孤立分布而不连成网状,因而又具有一定的韧性。长期以来,高铬铸铁在矿山、冶金、建材和化工等行业仍得到广泛的应用。众所周知,通过适当的热处理可以显著改善高铬铸铁的组织和使用性能。一般而言,高铬铸铁采用高温淬火(也称去稳处理)加回火,或者通过亚临界处理来获得较佳的综合性能。研究表明,含有大量残留奥氏体的铸态高铬铸铁通过亚临界处理可以使其中的残留奥氏体发生马氏体转变而使其硬化,但是对亚临界处理过程中高铬铸铁的相转变、硬化动力学和耐磨性还缺乏系统的研究[19-27]。 和高温淬火相比,采用亚临界处理可以避免铸件变形和开裂以及降低生产成本。在第论文将较系统地研究亚临界处理温度和保温时间对高铬铸铁的相转变、硬化动力学和耐磨性的影响。
 

参考文献

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