新型高压辊磨机磨辊表面耐磨堆焊材料的性能学习体会

文献概况与研究背景

本文发表于1998年《中国有色金属学报》增刊，作者郭立新、张舒庆、翟云均来自东北大学材料与冶金学院。该文献聚焦于高压辊磨机磨辊表面耐磨堆焊材料的设计与性能研究，在选矿设备领域具有重要的工程指导意义。高压辊磨机作为现代干法、湿法磨矿工艺中的核心设备，其磨辊表面长期承受高压挤压、冲击与磨粒磨损的复合工况，堆焊层的使用寿命直接决定了设备检修周期与运行成本。

核心技术创新点

本文最突出的技术创新在于以硼化物（Fe₂B、FeB）替代传统铬碳化物（Cr₇C₃、Cr₃C₂）作为堆焊层中的硬质相。这一思路的转变具有深刻的材料学依据：铬碳化物虽然硬度较高，但在高温和冲击载荷下容易发生脆性断裂和剥落；而硼化物具有更高的抗热疲劳性能和更优的抗冲击韧性。此外，作者还通过调整基体的微观组织形态，进一步提升了堆焊层的综合力学性能。

硬质相设计思路对比

基体组织调控

作者通过改变堆焊材料的化学成分和热处理工艺，使基体组织呈现细密的珠光体-铁素体混合形态，而非粗大的马氏体或回火索氏体。这种组织形态的优化使得基体在保持足够强度的同时，获得了更好的塑性和韧性，从而有效抵抗磨辊在工作过程中的冲击载荷。

试验方法与检测手段

文献采用了多种微观表征手段对磨损试样的组织及微观机理进行系统研究：

• X射线衍射（XRD）：用于物相分析，确认硬质相的种类与含量，判断焊接过程中是否产生了非预期相。
• 光学金相显微镜：观察堆焊层宏观组织分布、裂纹形态及熔合区特征。
• 扫描电子显微镜（SEM）：分析磨损表面的微观形貌，揭示磨粒磨损、粘着磨损和疲劳剥落的微观机理。

工程实践启示

从工程应用角度看，该研究对高压辊磨机磨辊的堆焊修复与制造具有重要的参考价值。在实际生产中，磨辊堆焊层常见的失效模式包括：表面磨粒磨损、深度疲劳裂纹扩展、堆焊层整体剥落以及熔合区开裂。采用硼化物体系可以有效缓解前三种失效模式，但需注意以下工艺要点：

1. 硼元素的扩散性较强，在多层堆焊时可能向基体扩散导致界面脆化，需严格控制单层堆焊厚度（建议不超过3 mm）和层间温度。
2. 硼化物体系对焊接热输入较为敏感，过大的热输入会导致硼化物分解，建议采用低热输入、多道多层堆焊工艺。
3. 堆焊后的热处理制度需要优化，建议在600-650℃进行去应力退火，避免快速冷却导致硼化物脆性相增多。

学习心得与思考

该文献体现了材料设计与焊接工艺深度融合的研究思路。从选材到工艺再到微观机理分析，形成了一个完整的技术链条。对于从事耐磨堆焊技术工作的技术人员而言，该文的核心启示在于：耐磨堆焊材料的设计不应仅追求硬度最大化，而应综合考虑硬度、韧性、抗热疲劳性和抗冲击性的平衡。在实际工程中，许多堆焊层失效并非因为硬度不足，而是因为韧性不够导致的脆性剥落，这正是传统高碳高铬体系的主要短板。该文献提出的硼化物替代方案，为耐磨堆焊材料的迭代升级提供了重要的技术方向。