饲料颗粒机环模用耐磨耐蚀材料的选材研究

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。

目录

声明

1绪论

1.1 饲料颗粒机环模概述

1.2 摩擦磨损理论

1.3 试验相关材料简介

1.4 表面热喷涂工艺

1.5 本研究的目的、意义及内容

2 试验材料的制备、方法及设备

2.1 试验材料的制备

2.2 热喷涂涂层

2.3 分析测试方法及设备

2.4 力学性能测试

3 饲料颗粒机环模失效分析

3.1 饲料颗粒机环模工作过程及失效分析方法

3.2 测试试样的选取及制备

3.3 4Cr13环模失效分析

3.4 本章小结

4.1 环模工况分析及试验平台设计意义

4.2 试验平台的结构设计、工作原理及参数确定

4.3 试验平台可行性论证

4.4 本章小结

5 材料力学性能、磨损和腐蚀特性研究

5.1 材料硬度

5.2 材料冲击韧性

5.3 材料磨损特性

5.4 材料腐蚀特性

5.5 本章小结

结论

本论文的特色和新颖之处及研究工作展望

本论文的特色和新颖之处

进一步研究工作展望

参考文献

致谢