大型铜矿用球磨机衬板组织与性能研究

摘要

本课题对一种铜矿用高碳 Cr-Mo系合金钢衬板进行了开发和研究。运用扫描电镜、透射电镜、冲击试验机、硬度计研究了热处理工艺对材料显微组织、析出相的形貌和类型及力学性能的影响，结果表明：利用“风冷+雾冷”方式淬火，淬火速度介于水淬和空冷之间，可以有效的减小高碳钢淬火的淬火应力，避免出现微裂纹；淬火后的显微组织为珠光体+少量马氏体+铁素体，基体上分布着尺寸约10 nm的M23C6型碳化物，且M23C6和基体无晶体学位向关系。随着淬火温度的升高，材料的硬度增加，冲击韧性下降，880℃淬火后硬度为401 HBW，冲击韧性为35 Jcm-2，性能良好，选定最佳淬火工艺为880℃×2h。对880℃淬火后材料进行高温回火工艺研究，回火后可得到回火索氏体组织，基体上分布着碳化物。580℃回火后硬度为342 HBW，冲击韧性为74 Jcm-2。通过热处理工艺研究，确定最佳的热处理为880℃×2 h淬火+580℃×2 h回火。
　　对75Cr2MoSiMnNi调质处理后的碳化物进行高分辨像分析及衍射花样标定可知：调质处理后碳化物形态各异，主要是不规则六边形和棒状，尺寸为100~150 nm。回火后析出的碳化物有M23C6、M7C3、M3C2，通过分析可知M7C3、M3C2与基体均无晶体学位向关系，M23C6与基体有[1—11—]K∥[1—01—]α的晶体学位向关系。
　　利用冲蚀磨损试验机对调质处理后的75Cr2MoSiMnNi衬板材料进行了冲蚀磨损性能研究，结果表明：当冲蚀角为60°时，材料出现最大磨损失重，在使用时应避开此角度；随着冲刷速度增加，材料受到的冲击力迅速增大，腐蚀产物膜与碳化物的脱落，在材料表面形成孔洞。孔洞一方面促进了腐蚀，另外液相在孔洞周围形成湍流，对材料表面法向产生冲击作用，促进了腐蚀产物脱落。
　　通过对磨球运动学分析，研究了磨球对衬板的冲击作用。利用有限元分析软件 UGNX8.0对两种国产大型球磨机衬板在铜矿工作条件下进行模拟，结果表明：在铜矿工况条件下服役，Φ6.71 m×9.75 m型球磨机衬板受到的冲击为1164 MPa，Φ4.50 m×9.00 m型球磨机衬板受到的冲击为1018 MPa，75Cr2MoSiMnNi衬板材料在调质处理后强度足够满足Φ6.71 m×9.75 m型球磨机的使用要求，而参照衬板材料42Si2MnCr2Mo的强度仅能满足Φ4.50 m×9.00 m型球磨机。在满足力学性能及生产安全稳定性的基础上，Φ4.50 m×9.00 m型球磨机选择造价相对较低的42Si2MnCr2Mo材质即可，Φ6.00 m以上大型磨机衬板选用力学性能更好的75Cr2MoSiMnNi材质为佳。

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第1章 绪论

1.1 球磨机衬板及其失效特点

1.2 衬板用耐磨材料

1.3 腐蚀磨损

1.4 有限元仿真理论及方法

1.5 本课题研究内容

第2章 实验内容与方法

2.1 材料成分及作用

2.2 热处理工艺及设备

2.3 冲蚀磨损性能设备及方法

2.4 有限元分析仿真模拟及软件参数

2.5 冲击实验设备及方法

2.6 硬度实验设备及方法

2.7 材料微观组织分析设备及方法

第3章 铬钼钢热处理工艺研究

3.1 概述

3.2 铬钼钢淬火工艺研究

3.3 铬钼钢回火工艺研究

3.4 本章小结

第4章 铬钼钢碳化物析出研究

4.1 概述

4.2 碳化物形成元素及形成规律

4.3 铬钼钢调质前后碳化物形态

4.4 铬钼钢回火碳化物类型研究

4.5 碳化物转变热力学及稳定性分析

4.6 本章小结

第5章 铬钼钢冲蚀磨损性能研究

5.1 概述

5.2 试验介质及参数选择

5.3 冲蚀角度影响分析

5.4 冲刷速度影响分析

5.5 本章小结

第6章 基于UGNX8.0的衬板有限元仿真模拟

6.1 概述

6.2 磨球运动学基础

6.3 湿式矿浆载荷分析

6.4 球磨机及衬板机械设计参数

6.5 有限元仿真模拟

6.6 本章小结

第7章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果