橡膠破碎機切刀熔覆層工藝探究

馬志濤

(哈爾濱博實自動化股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078)

1 前言

橡膠破碎機可以用來破碎天然橡膠和合成橡膠的生膠膠塊以及濕膠，為下游生產(chǎn)提供大小均勻、容易處理的顆粒狀膠甚至粉狀膠。近年來隨著國家逐步加大對資源回收利用的重視，大量的廢舊回收輪胎也需要采用橡膠破碎機來造?；蛩榉?，以便再次應(yīng)用到更多的領(lǐng)域。

切刀是橡膠破碎機的主要組成部分，國內(nèi)除丁苯橡膠、順丁橡膠等基本膠種外，陸續(xù)也研發(fā)了各種特種橡膠。各種橡膠的硬度、彈性均有差別，考驗著切刀的硬度和耐磨性，并且各種橡膠生產(chǎn)工藝條件并不一致，尤其是濕膠破碎時物料會因酸堿性等原因?qū)η械对斐筛g，最終影響切刀的壽命，客觀的也增加了使用工廠的經(jīng)濟(jì)成本。為了將物料切割的更加均勻，切刀更加的耐磨，壽命更長，制造工廠均投入人力和物力在切刀的設(shè)計、制造以及安裝等方面層層把關(guān)，力求提升破碎機切刀的產(chǎn)品質(zhì)量。本文借助金屬分析多種手段，探究了一種國外進(jìn)口的橡膠破碎機切刀熔覆層工藝，以吸收國外的先進(jìn)技術(shù)來提高國內(nèi)切刀生產(chǎn)工藝水平。

2 試驗設(shè)備及試樣制備

試驗設(shè)備采用掃描電子顯微鏡，主要觀察熔覆層基體、熔合區(qū)、熔覆區(qū)的組織形貌。

試樣制備時用線切割機沿正垂直于熔覆層的方向切取12 mm×12 mm×10 mm(長×寬×高)的試樣，切割過程中要注意冷卻，以盡量降低金屬表面由于摩擦生熱而產(chǎn)生金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)變化，同時確保試樣受力一致，以避免試樣在力的作用下發(fā)生不可逆形變[1]。將得到的試樣清理好，然后用砂紙磨制。磨制時注意砂紙要放置平整，試樣受力均勻。更換不同粒度的砂紙前要及時清理砂粒。更換砂紙后要將試樣旋轉(zhuǎn)一定角度，使得不同砂紙的磨痕清除，并磨掉變形的表層。

將磨制完成的試樣進(jìn)行機械拋光處理，要求試樣磨面拋光時拋光液滴加均勻，受力均勻，直至其待磨面光亮、沒有加工痕跡為止。

向拋光完畢的試樣磨面滴加腐蝕劑，腐蝕后用蒸餾水和乙醇依次沖洗，再放入烘干箱中干燥。保證待觀察的表面清潔、干燥。處理完成后的試樣即可放到電子掃描顯微鏡下進(jìn)行觀察。

3 結(jié)果與分析

3.1 電子掃描顯微鏡組織形貌觀察

由圖1可知，垂直熔覆層厚度28.0×100 μm；基體輪廓整體為外凸形，基本上沒有內(nèi)凹的地方，基體形狀為凸時有利于減少裂紋。

圖1 熔覆層三區(qū)低倍電鏡掃描組織形貌

由圖2可知，組織相當(dāng)不均勻，且有明顯的分區(qū)，同時可以看到基本上沒有氣孔等缺陷?？梢酝茰y出熔覆方法為電弧熔覆。

圖2 熔覆層三區(qū)中倍電鏡掃描組織形貌

由圖3可知，該處組織為很明顯的等軸狀組織和晶間已連成網(wǎng)狀共晶相組成?？紤]到激光熔覆由于溫度高，能量集中的特點，組織多為柱狀，所以覆層的熔覆方式為電弧熔覆。

圖3 熔覆層三區(qū)高倍電鏡掃描組織形貌

研究表明，采用在金屬基體上預(yù)敷熔料，進(jìn)行電弧熔覆的表面處理技術(shù)，使得基體獲得表面冶金強化，其硬度和耐磨性比基體有明顯提高[2]。

3.2 熔覆層中主要金屬的元素分析

熔覆層中主要金屬的元素分析如圖4～圖7所示。

圖4 熔覆層中Fe(鐵)的元素分析

圖7 熔覆層中W(鎢)的元素分析

由圖4 Fe(鐵)的元素分布可知：以熔合區(qū)為界，F(xiàn)e元素在右側(cè)的含量較左側(cè)高很多；并且在圖4的最左側(cè)Fe仍有一定量的存在，說明此處仍然存在Fe對于Co基合金的稀釋。

由圖5 Co(鈷)的元素分布可知：以熔合區(qū)為界，Co元素在右側(cè)含量較高，右側(cè)僅僅由于原子的擴散在很短的距離內(nèi)有少量的Co；并且在圖5可以看到隨著遠(yuǎn)離熔合區(qū)，由于基體Fe的稀釋減少，Co的含量明顯在不斷增加。

圖5 熔覆層中Co(鈷)的元素分析

由圖6 Cr(鉻)的元素分布可知：熔合區(qū)左右都含有一定量的Cr，并且越往左側(cè)的Cr含量明顯升高，可以判斷熔覆層中的Cr含量(原子比)較Co基合金基體高；從分布來看，Cr元素有明顯的晶間析出的傾向，這是鈷基合金的同性。

圖6 熔覆層中Cr(鉻)的元素分析

由圖7 W(鎢)的元素分布可知：熔合區(qū)左側(cè)W的含量明顯高于右側(cè)，右側(cè)只是由于擴散含有較少；另外隨著遠(yuǎn)離熔合區(qū)，由于基體的稀釋減少，W的含量明顯在不斷增加。

3.3 熔覆層能譜分析

（1）由圖8可知，熔覆區(qū)組織主要分為三個部分：高亮區(qū)域，黑色共晶組織以及灰色基體。

圖8 熔覆層能譜分析區(qū)域和分析點

（2）對三個部分進(jìn)行初步的能譜定量分析，由表1中分析結(jié)果可知，標(biāo)識1為高亮區(qū)域最亮處，主要組成成分為W、Mo、Si元素；標(biāo)識2為黑色共晶組織主要組成成分為Cr元素的偏距，同時該處W元素的含量相較于灰色基體含量仍然較高；標(biāo)識3為灰色基體，主要組成成分為Co、Fe、Cr三種元素。

表1 圖8中eZAF的智能定量分析結(jié)果

（3） 圖9采用高倍的形貌成像進(jìn)行觀察，可以得到：黑色點一般與白色區(qū)域同時存在；黑色點為凹坑，結(jié)合亮處對的成分分析應(yīng)該是由于碳化物硬度較高同時和基體結(jié)合不夠好，所以在試樣制備是脫落導(dǎo)致的，這也進(jìn)一步佐證了亮處的W的碳化物這一觀點。

圖9 熔覆區(qū)高倍電鏡掃描組織形貌

圖10 熔覆區(qū)能譜分析區(qū)域和分析點

（4）針對圖9中采用高倍的形貌中取點進(jìn)行能譜定量分析，由表2中分析結(jié)果可知：標(biāo)記4亮處成分是由于W的偏析；標(biāo)記6和7大塊的次亮處相比于標(biāo)記5大塊基體仍有較多的W元素，初步判斷應(yīng)該是該處含W的碳化物在后續(xù)熱處理中被基體溶解。

表2 圖10中eZAF的智能定量分析結(jié)果

（5） 針對圖11中熔覆區(qū)最外層取點進(jìn)行能譜定量分析，由表3中分析結(jié)果可知：標(biāo)記8高亮處仍然以W為主要偏析元素；標(biāo)記10塊黑色區(qū)域以Cr為主要偏析元素且W也存在一定的偏析現(xiàn)象存在；另外還可以看出不僅高亮的W的碳化物也存在溶解現(xiàn)象，標(biāo)記9晶間的Cr化物也存在溶解的現(xiàn)象，進(jìn)一步佐證了熱處理的存在。

圖11 熔覆區(qū)最外層能譜分析區(qū)域和分析點

表3 圖11中eZAF的智能定量分析結(jié)果

（6）針對圖12中熔覆區(qū)最外層取點(增大放大倍數(shù)取點)進(jìn)行能譜定量分析，由表4中分析結(jié)果可知：金屬元素含量與表3的分析結(jié)果趨勢一致。

圖12 最外層熔覆區(qū)能譜分析區(qū)域和分析點

表4 圖12中eZAF的智能定量分析結(jié)果

（7）研究最后對切刀基體和熔覆區(qū)最外層取點進(jìn)行能譜定量分析，結(jié)果如表5所示。

表5 切刀基體和熔覆區(qū)最外層的智能定量分析結(jié)果

由表5中分析結(jié)果可知：

（1）基體材料的成分 材料為Fe基材料；可以看到切刀基體不存在Co以及W元素，同時Co以及W元素都是較難燒損的元素，即可以認(rèn)為熔覆層中的Co和W元素的比例就是焊條中Co和W元素的比例。

（2）熔覆區(qū)最外層的成分 仍然含有10%左右的Fe元素，但已知Co合金中一般Fe的含量限制在2%以下，可以認(rèn)為此處仍然不是100%的焊條材料：Co/W=47.95/4.01。

4 結(jié)論

（1）電子掃描顯微鏡組織形貌觀察，覆層的熔覆方式為電弧熔覆。

（2）熔覆層中主要金屬的元素分析表明，覆層為鈷基合金。

（3）電子掃描顯微鏡組織形貌觀察及相應(yīng)的取點能譜定量分析得到，高亮的W的碳化物也存在溶解現(xiàn)象，晶間的Cr化物也存在溶解的現(xiàn)象，說明采用熱處理的加工工藝。

（4）熔覆層中的Co和W元素的比例即為熔覆的焊條中Co和W元素的比例，Co/W=47.95/4.01。