引言
苜蓿草粉制粒時(shí)環(huán)模的機(jī)械磨損大，壽命只有壓制配合飼料時(shí)的1/4．磨損是環(huán)模失效的主要原因。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的摩擦磨損性能研究主要集中于土壤對(duì)金屬材料摩擦磨損性能的研究，而以植物材料為磨料的軟磨料磨損研究較少。
已有研究表明，軟磨料與硬磨料的磨損作用實(shí)際是相對(duì)的，材料的耐磨性不僅取決于材料的硬度，更主要取決于材料硬度Hm與磨料硬度H的比值，當(dāng)Hm/Ha超過1.3以后，一般稱之為“軟磨料磨損”。以牧羊MUZL - 420型制粒機(jī)為例，草粉的硬度與壓輥、環(huán)模的硬度相比可以忽略不計(jì)，因此環(huán)模、壓輥與草粉的磨損屬于三體軟磨料磨損問題。本文模擬三體磨料磨損系統(tǒng)來考察苜蓿草粉對(duì)金屬材料磨損性能的影響，初步探究其磨損機(jī)制，富通新能源銷售環(huán)模苜蓿
制粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)成型制粒設(shè)備。
1、試驗(yàn)材料與方法
1.1試樣和磨粒制備
試樣選用農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中常用的材料：未經(jīng)熱處理的45號(hào)鋼、3Cr13、9SiCr和HT200，試樣規(guī)格為57 mm×22.5 mmx 6mm。磨料為甘農(nóng)三號(hào)紫花苜蓿，自然風(fēng)干，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎成顆粒尺寸為6 mm的草粉，磨料組成的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：粗蛋白17.39%、水分7.65%、粗纖維25.06%、粗灰分8.98%。
1.2試驗(yàn)設(shè)備與方法
選用與環(huán)模制粒工況相似的MLS - 225型濕砂橡膠輪式磨料磨損試驗(yàn)機(jī)，橡膠輪直徑110 mm、寬10 mm，硬度為50HRA。負(fù)荷為40.5 N，橡膠輪的線速度為0.58 m/s．磨料流量為50～80 g/min。每一磨程的時(shí)間為2h，進(jìn)行5個(gè)磨程，即總磨程的時(shí)間為10 h。采用精度為0.1 mg的分析天平稱取試樣磨損前、后的質(zhì)量，計(jì)算其磨損失重，用掃描電子顯微鏡( SEM)觀察磨痕表面形貌，用2206型表面輪廓儀測(cè)量磨損面的體積磨損，并采用KEVEX型X射線能量色散譜儀分析其組成元素。
2、結(jié)果與討論
2.1磨損累積質(zhì)量損失試驗(yàn)結(jié)果及分析
試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表可見，4種材料的平均磨損質(zhì)量損失由小到大依次是3Cr13、9SiCr、45號(hào)鋼、HT200。
2.2試件磨損前后硬度比較
試驗(yàn)中硬度值均是3點(diǎn)平均值，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。在磨料磨損作用下，通常金屬表面發(fā)生塑變強(qiáng)化，大部分區(qū)域硬度增加。但從表2知，4種材料磨損前后硬度未見明顯變化。
2.3體積磨損量
采用2206型表面輪廓儀測(cè)量4種材料磨損表面最大磨痕的體積磨損，即試樣的磨損體積損失。由于試驗(yàn)材料的密度有差別，采用質(zhì)量損失計(jì)算磨損量就有誤差。因此，在比較不同種類材料的磨損量時(shí)采用體積磨損量更符合實(shí)際要求。
4種試樣的測(cè)量總面積均為17.3 mm×4.84 mm,測(cè)量深度據(jù)磨痕實(shí)際情況而定，如表3所示。4種材料的體積磨損量由小到大依次是3Cr13、9SiCr、45號(hào)鋼、HT200。
2.4磨損表面化學(xué)組分的變化和形貌分析
采用KEVEX型X射線能量色散譜儀分析其組成元素。分析前用工業(yè)酒精擦洗干凈待分析表面，在同等條件下對(duì)比材料未磨面和磨損面的化學(xué)組分，其結(jié)果如表4所示。從表可知，磨損后表面金屬元素含量有所降低，而非金屬元素(Si、C、P、S、CI等)含量有所升高。這可能是由于草粉磨料中含有非金屬元素，在磨損過程中，隨著溫度的升高，磨料與金屬在磨損表面發(fā)生元素互滲或化學(xué)反應(yīng)等所致。
采用JSM - 5600LV型掃描電子顯微鏡(SEM)觀測(cè)4種材料磨痕表面形貌。圖1為未磨面的SEM圖，圖2為磨損面的SEM圖。
由圖2a可知，磨痕表面出現(xiàn)犁溝和犁皺，在犁溝兩側(cè)殘留一定數(shù)量疲勞脆化剝落的金屬碎片，在局部區(qū)域聚集量較大。這說明苜蓿草粉磨料在擠壓下形成堅(jiān)硬細(xì)小顆粒，即“不可壓縮團(tuán)”，堅(jiān)硬的“不可壓縮團(tuán)”猶如尖銳棱角的磨粒沿材料表面滑移而形成顯微切削和犁溝，同時(shí)在磨損表面形成塑變型隆起與凹谷，這種塑變隆起最終因反復(fù)塑變硬化而疲勞剝落。因此，苜蓿草粉磨料磨損對(duì)45號(hào)鋼除了存在微觀切削和材料被擠壓推移形成的隆起外，還存在反復(fù)塑性變形引發(fā)的疲勞脆化剝落。
圖2b磨損表面形貌與圖2a形貌基本相似。由于3Cr13材料韌性好，且有較好的綜合力學(xué)性能，在草粉磨料作用下形成的磨溝淺而窄，磨溝兩側(cè)的塑變隆起不明顯，但任何形式的塑性變形最終都可能因材料的塑變強(qiáng)化和塑性耗盡而轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔选Ｄバ汲始?xì)小顆粒狀，磨面形貌則呈韌窩狀。
由圖2c可知，9SiCr材料硬度與韌性較理想地配合，加之彌散的碳化物質(zhì)點(diǎn)均勻地分布于強(qiáng)韌的基體中，從而減輕了基體承受磨料的作用，磨痕形貌上微切削磨損較少。磨料對(duì)磨面的犁皺情況也大為減輕，從而減少了應(yīng)變疲勞剝落磨損，只是局部區(qū)域由于塑性流變較嚴(yán)重而導(dǎo)致母體材料剝落現(xiàn)象。
由圖2d可知，HT200鑄鐵材料有較大的剝落凹坑，可能是材料受“不可壓縮團(tuán)”磨料反復(fù)擠壓而產(chǎn)生的塑性變形。因?yàn)镠T200是由片狀石墨、珠光體、鐵素體組成的脆性材料且硬度低，在壓應(yīng)力作用下，“不可壓縮團(tuán)”在切削材料前，材料已發(fā)生塑性變形而出現(xiàn)脆化剝落，其余草粉磨料局部產(chǎn)生的壓應(yīng)力小，在材料表面產(chǎn)生擦痕而導(dǎo)致材料表面輕微塑性變形和脆性剝落。
3、結(jié)論
(1)在本試驗(yàn)條件下，4種材料的磨損失重和體積磨損量由小到大依次是3Cr13、9SiCr、45號(hào)鋼、HT200。
(2)4種材料磨損前后硬度未見明顯變化，磨損面中金屬元素含量有所降低，而非金屬元素(Si、C、P、S、Cl等)含量有所升高。
(3)在擠壓作用下，苜蓿草粉磨料在局部形成的堅(jiān)硬“不可壓縮團(tuán)”使其對(duì)金屬表面的“軟磨料磨損”中伴有“硬磨料磨損”的特征。
(4)苜蓿草粉磨料對(duì)45號(hào)鋼、3Cr13、9SiCr的磨料磨損在硬磨料磨損條件下以顯微切削為主，在軟磨料磨損條件下以應(yīng)變疲勞剝落為主。HT200在“硬、軟”磨料作用下的磨損均以脆化剝落為主。
