煤矿排水泵叶轮用球墨铸铁冲蚀磨损性能研究

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本文针对煤矿排水泵叶轮现用球墨铸铁材料存在的冲蚀磨损问题,通过成分调整和适当的热处理制备了珠光体含量分别为<5%,25%,50%、75%和>95%的五种球墨铸铁,即FDI、PDI(25)、PDI(50)、PDI(75)、PDI(95)。以煤矿排水泵叶轮现用PDI(50)球墨铸铁材料为对比材料,模拟酸性煤矿矿井水条件,采用电化学工作站及自制旋转式冲蚀磨损试验机,研究了pH值(采用98%分析纯H2SO4调整)与珠光体含量对球墨铸铁耐腐蚀和耐冲蚀磨损性能的影响,探讨了其冲蚀磨损机理。得到如下主要结论:随着料浆液pH值增大,球墨铸铁的腐蚀速率逐渐降低,当pH值从1增大3时,球墨铸铁的腐蚀速率快速减小,pH值大于3时腐蚀速率缓慢减小。随着珠光体含量的增多,球墨铸铁的腐蚀速率逐渐增大,耐腐蚀性能变差;珠光体含量最少的FDI耐腐蚀性能最佳,珠光体含量多的PDI(75)与PDI(95)的耐腐蚀性能差。这主要因为珠光体(P)是铁素体和渗碳体(F+Fe C3)的机械混合物,以及石墨之间存在相间电位差,珠光体含量增多,球墨铸铁表面微电池数量增多,腐蚀电流密度增大。料浆液pH值小于4时,影响球墨铸铁冲蚀磨损性能的主要因素为腐蚀与冲刷之间的交互作用,随着珠光体含量的增多,耐冲蚀磨损能力依次为FDI>PDI(25)>PDI(50)>PDI(75)>PDI(95);pH值大于4时,球墨铸铁冲蚀磨损的主要影响因素转变为纯冲刷作用,随着珠光体含量的增多,耐冲蚀磨损能力依次为PDI(95)>PDI(75)>PDI(50)>PDI(25)>FDI。强酸性环境中(pH<4),五种球墨铸铁的冲蚀磨损形貌以带唇片的冲蚀坑和犁沟为主,并伴有少量腐蚀痕迹,表现出塑性材料的冲蚀磨损机制。弱酸性环境中(pH>4),FDI、PDI(25)、PDI(50)三种球墨铸铁的冲蚀磨损形貌可见带唇片的冲蚀坑与短、浅的犁沟,仍主要表现出塑性材料的冲蚀磨损机制,而PDI(75)、PDI(95)两种球墨铸铁的冲蚀磨损形貌仅可见不带唇片的冲蚀坑,主要表现出脆性材料的冲蚀磨损机制。
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