混凝土泵送机械耐磨材料与耐磨技术应用分析

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　　摘 要 混凝土泵送机械主要用于混凝土施工过程中的物料泵送，包括混凝土泵车、拖泵及车载泵。在泵送过程中，设备的泵送系统与混凝土相接触，由于混凝土的是由砂石骨料及胶凝材料构成，而砂石骨料属于硬质材料，这些硬质物料对混凝土泵送系统产生强磨蚀效应。在整个泵送系统中，耐磨材料及耐磨技术的应用研究具有重大意义。泵送系统耐磨部件主要包括混凝土缸、混凝土活塞、S管、眼镜板、切割环、混凝土输送管等。
　　关键词 混凝土泵送机械;混凝土施工;车载泵
　　1 耐磨材料
　　泵送机械耐磨材料主要包括耐磨钢、耐磨铸件、高分子材料、硬质合金以及镀铬耐磨层等，应用过程中需要根据设备部件的应用特点进行材料匹配。
　　1.1 高锰钢
　　高锰钢是最常用的耐磨材料之一，其主要特点是耐冲击性能高，在大应力工况下，会产生加工硬化现象，硬度显著提升，耐磨性增加。在混凝土机械领域，由于混凝土泵送过程中产生的加工硬化效果十分有限，高锰钢无法施展其耐磨能力，其主要应用于生产低端混凝土输送弯管，适用于软质骨料的混凝土输送，例如石灰石骨料[1]。
　　1.2 高铬铸铁
　　高铬铸铁由于其耐磨能力强，性价比高，常被称为“耐磨材料之王”。高铬铸铁组织结构是由基体和硬质相组成的双相组织，硬质相主要构成为含铬碳化物，碳化物硬度可达到1000HV以上，因此具备了复合的结构特性。高铬铸铁的缺点是韧性差，不耐冲击，强冲击下容易产生微裂纹，导致材料失效。高铬铸铁在混凝土泵送机械主要应用于混凝土输送弯管，采用双层复合结构，特别适用于强磨蚀性骨料混凝土，高铬铸铁双层复合管已逐渐取代高锰钢成为混凝土输送弯管的主流材料。
　　1.3 中高碳淬火钢
　　对于混凝土机械耐磨件，中高碳淬火钢主要材料为45Mn2，55Mn，60Mn，65Mn等，材料经淬火后，硬度和耐磨性都得到显著提升。淬火耐磨钢主要用来生产混凝土输送直管，淬火方式采用表面感应淬火或者整体式加热淬火，淬火硬可达58HRC以上。
　　1.4 聚氨酯材料
　　聚氨酯材料属于高分子弹性密封材料，在泵送系统密封件的生产应用中具有重要的地位。聚氨酯弹性材料主要应用于混凝土活塞密封体，搅拌机构密封体，分配机构密封体等，通常与润滑油或润滑脂配合使用，在使用过程中应保证接触面具有良好的润滑效果，避免产生高温，因为高温环境会加速聚氨酯材料的老化，导致材料早期失效[2]。
　　1.5 硬质合金
　　硬质合金属于超硬耐磨材料，價格较高，通常应用于关键的耐磨部位，在泵送系统中，硬质合金主要应用于眼镜板及切割环的密封部位。硬质合金的主要加工工艺为粉末冶金烧结成型，通常情况下，要求硬质合金硬度能够达到86HRA。
　　2 耐磨技术
　　混凝土泵送设备的耐磨技术主要为材料复合技术以及表面耐磨处理技术，材料复合技术包括机械复合、冶金复合、钎焊复合、材料表面耐磨技术主要包括感应淬火、耐磨堆焊以及电镀硬铬等。
　　2.1 机械复合技术
　　机械复合是一种比较简单的复合技术，主要用于混凝土双层管的制造。对于混凝土双层直管，内管采用65Mn等高碳钢，外管采用低碳钢，内层起到耐磨作用，外层起到承压保护的作用，通过调节控制淬火工艺技术参数，两层之间可实现无缝贴合。对于混凝土双层弯管，内层采用铸造耐磨铸铁，外层采用低碳钢进行抗压保护，由于铸铁层尺寸精度不高，所以两层之间会有一定间隙，复合完成后，采用水泥砂浆或者树脂注入空隙中，常温固化。
　　2.2 冶金复合技术
　　冶金复合是指两件金属的界面间原子相互扩散而形成的结合。这种结合或者是连接状态，或者是在温度或压力的作用下（或者温度和压力共同作用下）形成的。混凝土输送管是混凝土泵送设备中消耗量最大，整体使用成本最高的耐磨部件，双层直管常见的复合形式为机械复合，但由于两层之间并不存在结合力，在使用过程中，内层容易出现脱落、掉块的现象。冶金复合技术采用热轧工艺，两层管得到冶金熔合效果，两层之间靠原子间作用力结合，有效避免了耐磨层的异常破坏[3]。
　　2.3 钎焊复合技术
　　钎焊复合是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。在混凝土泵送设备中，钎焊常被用于眼镜板、切割环部件中硬质合金与基体材料的结合。钎焊通常使用的材料为铜，钎焊强度可达到数十兆帕，钎焊的关键技术控制点在于焊接部位的孔隙控制以及铜焊界面的强度。
　　2.4 感应淬火技术
　　感应淬火就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热，而后迅速喷水冷却，形成马氏体淬硬层。混凝土输送直管内层的硬化多采用感应淬火技术，淬火层硬度可达到60HRC以上。此外，泵送系统中一些耐磨套也采用表面感应淬火技术提高表面硬度
　　2.5 耐磨堆焊技术
　　耐磨堆焊即在工件易磨损位置采用耐磨焊条或焊丝堆积一层耐磨材料，以达到耐磨效果。采用耐磨堆焊技术的部件主要有S管、切割环等。堆焊层硬度通常可达60HRC。
　　2.6 电镀硬铬技术
　　电镀硬铬是采用表面电镀的方法在材料表面取得一层较厚的镀铬层，经精细磨削加工后，常与密封件进行配合使用。泵送系统中，采用电镀硬铬的部件主要是混凝土泵送缸体、液压缸活塞杆、密封轴套等[4]。
　　3 结束语
　　耐磨材料与耐磨技术在混凝土泵送设备中具有广泛的应用，耐磨材料技术的应用决定着泵送设备的可靠性、经济性，并且影响着设备的工作效率。耐磨材料技术的研究与提升是没有止境的，未来新材料、新技术、新工艺的突破将会进一步提升材料的耐磨性能，泵送设备耐磨提升也将会再次推动行业的进步。
　　参考文献
　　[1] 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，2001：207.
　　[2] 吴斌兴，李勇光，李庶，等.超高压混凝土泵切割环磨损机理及失效过程的研究[J].建筑机械，2011，（1）：75-77.
　　[3] 肖爱红，刘茹，徐坤，等.混凝土泵车耐磨件新工艺[J].热加工工艺，2010，39（2）：88-89.
　　[4] 唐宜，凌晨，喻姣.混凝土泵送机械的磨粒磨损失效及抗磨措施[J].建筑机械，2011，（17）：71-72.
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