重介系统管路中平板闸阀耐磨材料的选择.pdf

文章编号 100225855 2007 0120042202 作者简介魏云平1972 - ,女,讲师,主研方向先进陶瓷与加工技术。 重介系统管路中平板闸阀耐磨材料的选择 魏云平1 ,2,孙希跃2 1 1 天津大学机械学院,天津300000; 21 唐山学院,河北 唐山063000 摘要 论述了耐磨材料的选用原则,介绍了常用耐磨材料性能,分析了阀门耐磨件材料经济性。 关键词 平板闸阀;耐磨材料;实用性 中图分类号 TH134 文献标识码 B Selection of wear resistant materials of flat gate valve used in dense2medium system pipeline WEI Yun2ping1 ,2, SUN xi2yue2 1. Tianjin University , tianjin 300000 , China ; 2.Tanshan College , Tangshan 063000 , China Abstract the wearsof flat gate valve used in Dense2medium System Pipeline is very severe , especially the parts of water passing of and seals on the bottom of valve , to improve the valve using age , It is very important to select the Wear Resistant Materials of Flat Gate Valve. Key words flat gate valve ; wear resistant materials; practicality 1 概述 在煤炭、冶金、石油、化工等行业中,由于管 路输送的介质含有大量颗粒状物料和矿砂,所以对 管路中安装的阀门磨损比较严重,特别是煤炭系统 中的重介质选煤厂尤为突出。目前国内使用的普通 平板闸阀,由于冲刷磨损造成调换频繁,即使选用 不锈钢阀门也存在着同样的问题。阀门磨损的部位 主要是过流部件和密封材料,其中阀体的下部和闸 板的下部边缘磨损最为严重。为了提高阀门的使用 寿命,应合理选择阀体和闸板的材料。 2 耐磨材料的选用 耐磨材料的选择首先与磨损件的工作条件、磨 粒的硬度、大小、运动速度、冲击的强弱等工况有 关。按工件的磨损机理分有磨粒磨损、粘着磨损、 腐蚀磨损和疲劳磨损 〔1〕, 平板闸阀的磨损主要是 磨粒磨损。根据运行速度和冲击载荷的大小,磨粒 磨损又可分为凿削磨粒磨损、高应力碾碎磨粒磨 损、低应力擦伤磨粒磨损3种工况 〔2〕, 平板闸阀的 磨损不同程度的属于凿削磨粒磨损和高应力碾碎磨 粒磨损两种工况。由于原煤中存在着硬度较高的矿 物,与零件表面作用后产生磨损率很高的硬磨料磨 损,因此要求选用的闸阀材料不仅要有良好的耐磨 性,而且必须具有一定的塑性、韧性和耐冲击性。 此外,还应充分考虑经济性、工作温度和抗腐蚀性 等影响。 3 耐磨材料的性能 311 铸铁 通常用作耐磨材料的铸铁系指铬系白口铸铁, 这种铸铁断面呈白亮色,质地坚硬,不易进行切削 加工,工业上很少用它制作零件。白口铸铁作为耐 磨材料,韧性较低,脆性大,但价格较低廉,只能 应用于基本无冲击的磨损场合。 312 不锈钢 不锈钢 〔3〕 按成分所含主要合金元素分为 铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。铬不锈 钢由于加入铬元素的作用,使得它的硬度、强度、 耐磨性和抗腐蚀能力都得到增强。铬镍不锈钢经淬 火后得到的组织是单相奥式体,目前工业上使用最 广泛的是含18 Cr和9 Ni的铬镍不锈钢,该类 钢具有良好的抗腐性能和较高的塑性韧性,但硬度 较低,耐磨性较差。铬锰氮不锈钢也具有稳定的奥 式体组织,在有些情况下可代替铬镍不锈钢。另外 不锈钢与物料的摩擦系数比一般钢材低30 ,滑 动性也好。 24 阀 门 2007年第1期 313 高锰钢 高锰钢加热到一定温度并经过淬火处理后具有 较高的强度和韧性,并有良好的耐磨性及无磁性, 在国民经济的各工业部门得到广泛应用。高锰钢的 硬度为185～220HB ,并不耐磨,它的淬透性很 差,淬层较浅,整体耐磨性无法通过淬火提高,但 是当它受到外来应力作用后表面层的奥氏体滑移, 产生晶格的歪扭,在塑性变形时出现显著的加工硬 化倾向,其硬度可提高至550HB。这种硬化,仅 出现在表面层,使其产生良好的耐磨性能。如果工 况中没有足够大的冲击载荷,则高锰钢的优越性就 不能体现,其耐磨性和一般的中碳钢相差无几。 314 耐磨铸钢 耐磨铸钢的硬度和机械性能可以在较宽的范围 内调整,而且兼有良好的抗冲击性能。这种钢硬度 亦不高,但有良好的淬透性,淬透层厚度可达125 mm以上。淬火空冷后能获得马氏体组织,其硬度 大大超过高碳珠光体Cr - Mo钢,达到50HRC 〔5〕, 而其韧性却与后者相近。当工况中冲击较小时,耐 磨铸钢是提高耐磨性能的可选材质之一。 315 超高分子聚乙烯 超高分子聚乙烯UHMW - PE的分子量为 31110～61010 g/ mol〔 4〕, 其分子量越高,聚合 链就越长,通过聚合反应过程,乙烯单体受一个连 续的结合过程,形成一个长链高分子很难使之断 裂,使耐磨性提高。UHMW - PE材料的优点是 ① 表面光滑,摩擦系数低,不易与物料粘结。② 耐磨 性好,使用寿命长,在磨碎同一物料的工况下,磨 损率仅为45号钢的15 。③ 环境温度较低时冲击 强度高,约比铸石板高10倍,可达到45号钢的 50 。④ 吸水率低,远小于1。⑤ 抗腐蚀性强,性 能稳定,几乎不发生腐蚀,还能耐酸碱,不易老 化。 316 耐磨刚玉陶瓷 耐磨刚玉陶瓷以α- Al2O3为主要原料,添加 了稀有金属氧化物,外加高温粘结剂,经过配料球 磨粉碎,喷雾造粒机压成型,并在1 700℃ 高温下 煅烧而成 1 其洛氏硬度 ≥82HRC ,抗压强度 ≥ 550MPa ,体积密度 ≥315 g/ cm3〔 6〕。从其机械性能 看,刚玉陶瓷具有高硬度高抗压强度,体积密度低 一般只有钢的1/ 2左右〔 7〕。经实测 ,它的耐磨度 是普通碳钢的1 000倍。 4 分析 经过对平板闸阀的磨损分析及工况条件说明, 阀体和闸板材料不但要有足够的硬度,还要有一定 的韧性,能够承受中等强度的冲击载荷,因此铸铁 和高锰钢系列是不合适的。 411 阀体材料 从耐磨性考虑,耐磨刚玉陶瓷的硬度可达到 95HRA以上,耐磨性是其他材料所不能比拟的。 输煤系统使用的环境潮湿,锈蚀严重,特别当煤的 含硫量高时更甚,陶瓷性能稳定,与煤的摩擦阻力 系数为0130～0140。但刚玉陶瓷脆性大,韧性小, 抗冲击性较弱。 从经济性和抗冲击性考虑,阀体应选用铸钢类 耐磨材料,且最好是成本较低的低合金铸钢。为了 提高阀体下部的耐磨性,经实践证明,在阀体下部 受磨损部位粘接刚玉陶瓷片或镶嵌陶瓷环,再从结 构上进一步完善,可使阀体的寿命提高10～20倍, 成本仅增加一到两倍。 412 闸板材料 阀门是通过闸板的升降来控制启闭和开度的, 为此闸板的材质要充分考虑抗冲击性、密度、摩擦 阻力系数、抗腐蚀性和耐磨性。普通的平板闸阀一 般选用1Cr18Ni9Ti做闸板,闸板在启闭过程中要 受到硬磨料的撞击和悬浮液的冲刷等,其耐磨材料 应选用铬系不锈钢,为了提高主要受损部位的耐磨 性,也可在闸板的下部镶嵌刚玉陶瓷环或硬质合 金,实践证明也是很有效的方法。 5 结语 煤炭系统中的重介质管路中,平板闸阀的磨损 是比较严重的,磨损的部位主要是过流部件和密封 材料,其中阀体的下部和闸板的下部边缘磨损最为 严重,提高阀门的使用寿命,阀体和闸板的耐磨材 料选择至关重要。 参考文献 〔1〕 李茂林.我国金属耐磨材料的发展和应用 〔J〕.铸造, 2002 9 . 〔2〕 何奖爱,王玉玮.材料磨损与耐磨材料 〔M〕.沈阳东北 大学出版社, 2002. 〔3〕 童凤昭.工程材料 〔M〕.辽宁山海交通大学出版社, 2001. 〔4〕 吕明.输煤管道、煤斗耐磨材料选择 〔J〕.采油工程, 2005 4 . 〔5〕 张雪华.金属耐磨材料的发展和研究 〔J〕.矿山机械, 2004 8 . 〔6〕 徐青.刚玉陶瓷在火电厂防磨中的应用 〔J〕.华东交通大学 学报, 2004 4 . 〔7〕 陈正均,等.耐蚀非金属材料及应用 〔M〕.北京化学工 业出版社, 1997. 收稿日期 20061091 19 342007年第1期 阀 门