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煤矿机械生产论文
煤矿机械生产论文 1石墨的物理-力学性能 摩擦时，石墨微晶也会黏附金属材质，因而对磨时金属因为黏着作用会将 石墨微粒牢牢地吸附到金属氧化物中，实质上也是在对磨表面形成1种特殊的养 护薄膜，从而有效减轻试样的磨损。需要注意的是，石墨润滑材料中含有大量固 体润滑剂，如果这种润滑剂能够持续得以补充，使得固体润滑膜具有较好的连续 性以及完整性，那么就会获得较好的润滑以及自我修复。在铸铁环境下，除了上 述因素外，石墨润滑能力所受的的影响还来自于金属基体，如果选择的金属基体 本身就具有较高的硬度，那么摩擦面亚表面金属塑性变形区就会迅速减小，从而 石墨的挤出功能受到阻碍，进一步造成石墨成膜能力的降低。因而在煤矿机械的 实际生产中，选择金属基体时应尽量选用硬度比较低的，非常典型的是较软的铁 素体基体，该金属基体在多种行业中应用都较为广泛。2煤矿机械生产中石墨/铁基耐磨复合材料的应用 （1）石墨/铁基耐磨复合材料的制备方法 粉末烧结是一种较为常见的石墨/铁基耐磨复合材料制备方法，主要涵盖 了混合、粉末轧制、烧结，对基体的热处理以及加工等几个步骤。铸铁熔点和石 墨相比要低很多，通常较为适宜的烧结工艺应为液相烧结，具体装置可以分为几 种：①中频感应加热，这种烧结方式在感应加热时温度会在短时期内获得大幅度 快速提高，但需要注意的是此时受热并不均匀，会出现外部铁屑熔合时，心部仍 然不能熔化。若继续加热，由于石墨比重较小，在铁屑熔化成液态时就会上浮， 从而导致石墨的不均匀，效果不理想。②高温炉中加热和真空炉加热是较为有效 的2种方法，前者机构简单、体积紧凑、炉温均匀，和中频感应相比温度更容易 精确控制，热效率也较高，并能够实现压块的1175℃烧结和保温。真空炉加热将 真空作为制备过程中的保护器，避免工件处于高温下导致的氧化脱碳反应，最大 限度地提高工件热处理表面的质量，确保工件质量的合格。
（2）试样材料成分 试样材料成分所选用的材料是灰铸铁（HT200）铁屑纯净的200目石墨粉， 选择石墨质量比例1%、2%、3%、4%进行混合，混合完成后通过100t摩擦压力机 挤压成形，接着将其置入中频感应烧结装置进行烧结，完成后将其取出自然冷却。然后采用HB-3000型布氏硬度计对获得材料的硬度进行测试，选用ML-10磨粒磨 损试验机对材料的耐磨性进行测试。
（3）结果分析 ①金相实验结果分析为4个试样的金相图像，灰铸铁的基体全部都是石墨 和铁素体。图1中白色区域和黑色区域分别为铁素体组织、石墨。其中，石墨形 状全部是A型。测试后发现2%试样金相照片中的石墨长度等级可以判定成4级， 具有明显的短小、粒状石墨较多的特征，同时片状石墨较圆钝。对其他试样进行 检测，其石墨长度都是3级，相对较长，同时1%石墨中，呈现出明显的石墨片断 部尖锐的特征，而且在3%~4%的试样中表现为明显的粗大，伴有集结成果的现 象。石墨的硬度均较低，为HB3，抗拉强度＜20MPa，其延伸率则趋近于0。从 其特性来说，石墨类似于金属基体中的孔洞和裂缝，不仅能够降低基体的强度， 还能够导致应力集中。如果对于石墨的形状进行适当改变就能够减轻石墨的负面 影响，且长片状石墨的尖锐程度和其他短片状石墨要明显增大，应当选择钝片状 的石墨，因为这种石墨不易对基体造成破坏，从这个角度来说，颗粒状的石墨则 更加有利。从金相照片可以看出2%试样磨损量最小，组织最为合理。②硬度试 验结果及分析为试样的硬度曲线。从中观测到退火后试样硬度较退火前相比呈现 出降低的趋势，而且随着石墨含量的不断增加，布氏硬度却明显减少，由于压块 在烧结空冷时基体自动形成了大量具有高硬度的珠光体组织，通常来说其硬度值 可以达到HB250，因而如果利用石墨化退火，可以使珠光体中的渗碳体得以分解， 分解出的成分为铁素体加石墨。石墨含量越高，那么试样的硬度就会越小。③磨 损实验结果分析实验显示，试样的耐磨性出现明显的先减后增变化，其中以2% 试样的磨损量为最小。1%石墨试样硬度和其他试样相比明显较高，通常在摩擦 时不容易形成连续的润滑膜，因而会直接导致基体磨损量的增大，而2%试样中 由于石墨含量多加上形状比较细小和均匀，因而很容易形成比较均匀和连续的固 体润滑薄膜，因而一般会具有较好的耐磨性能。在3%~4%的试样中，由于其中 蕴含的石墨含量过高，从而造成石墨片逐渐呈现出粗大状态，割裂也相应增大， 因而在摩擦时容易出现较多的剥落现象，使得基体的磨损量开始增大，利用它来 制作衬套时具有明显的耐磨性过低现象，使用寿命较短。
（4）在煤矿机械生产中应用实例 实际生产中，煤矿竖井罐笼通常作为煤矿主要提升运输设备。罐笼在运行 时，一般速度会比较快，能够达到10m/s，在短时期内会散发出非常多的热量， 造成衬套固定在罐笼和导向钢丝绳出现相对滑动，而衬套和钢丝绳会形成多种类型的磨损，常见的有黏着磨损、磨粒磨损以及氧化等，而煤矿机械中的钢丝绳所 需要的成本较高，其安全性对生产的顺利进行也起着关键作用，所以罐笼运行时 必须最大限度地降低对钢丝绳造成的磨损。依照摩擦原理，为达到这一目的，导 向衬套硬度应较低，并且耐磨，具有较好的自润滑能力。钢丝绳和衬套如果硬度 配比较为合理时，通常就不会对钢丝绳造成磨损，如果在其中加入石墨这样具有 自润滑功能的材料，给基体和钢丝绳提供一种更为可靠的保护。使用较软的石墨 /铁基耐磨复合材料，可以保证衬套较高的稳定性和耐磨性，若软度配置合理， 除了能够满足磨损机理的要求外，重要的是能够改变衬套寿命短的缺陷，省去了 频繁更换的麻烦。同时，石墨/铁基耐磨复合材料除了应用在竖井罐笼中外，在 煤矿机械生产中的其他易损、容易老化、寿命较短的金属零部件，比如轴承、套 筒以及活塞等均可使用。
3结语 综上所述，石墨的粒度、添加量等对于石墨/铁基耐磨复合材料的性能均 会造成不同程度的影响，因而在煤矿机械生产中应用时除了需要选择合适的制备 方法外，还需要注意金属硬度的适宜和配比的合理，从而充分发挥复合材料的耐 磨性，有效改善煤矿机械生产中金属零部件易磨损、易老化、寿命短的问题，促 进煤矿机械生产的发展。
作者：陈贵清 陈小刚 单位：重庆三峡职业学院
