摘要：本文在對分級機工況條件與工作原理進行分析的前提下，選擇高鉻鑄鐵代替原使用的灰鑄鐵作為分級機葉片材料，并通過試驗研究了高鉻鑄鐵葉片的成份、組織和性能。主要內容有：對分級機葉片進行受力和失效分析；確定高鉻鑄鐵的成分、熔煉、鑄造及熱處理工藝，澆注試樣；探討了不同熱處理工藝下，試樣基體組織和碳化物的變化及其對試樣力學性能和耐磨性的影響；通過金相觀察、x射線衍射分析、能譜分析、洛氏硬度實驗、沖擊韌性實驗、耐磨性實驗、磨損試樣的磨損面觀察和沖擊斷口觀察研究試樣組織與性能之問的關系；確定 熱處理工藝，制取葉片，并投入工藝性實驗。
高鉻鑄鐵葉片最終確定成分為：碳3.0%、鉻14.0%、硅1.3%、錳1.3%、釩0.1%、硫，磷 0.05%。在本實驗溫度范圍內，850度正火+回火態試樣具有 綜合力學性能。實驗結果表明：高鉻鑄鐵葉片成分中加入的釩對組織有很好的細化作用；葉片材料在鑄態下基體組織中就出現了大面積分布的屈氏體，正火后基體組織向更多的屈氏體分布發展，同時基體中殘余奧氏體量增多，試樣硬度降低，沖擊韌性提高，斷裂類型由脆性斷裂變為準解離＋韌窩混合斷裂；回火后殘余奧氏體量減少，殘余奧氏體量在21.57%時，合金材料耐磨性 。此外，本文將在葉片底部出現的粒狀珠光體組織與葉片頂部、中部出現的層片狀珠光體組織進行比較，并對前者形成原因及其對性能的影響進行了研究。研究結果表明：基體宏觀偏析是粒狀珠光體形成的主要原因；粒狀珠光體的硬度和沖擊韌性均優于層片狀珠光體，但耐磨性較差；在本實驗溫度范圍內，隨著正火溫度提高，珠光體球化更完全。900℃正火試樣珠光體球化完全，但耐磨性較差，850℃正火試樣擁有 耐磨性。
關鍵詞：分級機葉片；高鉻鑄鐵；組織與性能
磨礦、分級作業廣泛應用于礦業、建材、化工、冶金、材料等工業領域。就礦物加工領域而言，除個別砂礦外，所有選礦廠都有磨礦分級作業，因此它是最普遍、最通用的生產工序。在選礦廠中磨礦分級作業的基建投資占60％＇－＂80％。生產費用占選礦成本的50％—70％，因此改進磨礦分級設備和技術具有很大的經濟和社會效益，國內外對此都非常重視。分級是對相同密度的固體顆粒按其粒徑差異做兩種或兩種以上級別的分離，即粒度調整。分級可在重力場中進行，也可在離心力場中進行，其中干法分級機大多采用慣性力場或離心力場的空氣分級機。如表1-1所示。
一般與干式粉碎設備如高速機械沖擊磨機、振動磨機、氣流磨、雷蒙磨等配套，是目前發展較快的重要精細分級設備。濕法分級機有重力沉降式和離心式水力分級機，如螺旋分級機、小直徑水力旋流器等，一般與濕式粉碎設備如球磨機、攪拌機、振動磨等配套使用。
1)與磨礦作業構成閉路作業，及時分出合格粒度產物，以減少過磨。
2)在某些重選作業(如搖床選、溜槽選等)之前，作為準備作業，對原料進行分級，分級后的產物，分別給入不同設備或在不同操作條件下進行分選。
3)對原礦或選后產物進行脫泥或脫水。
4)在實驗室內，測定微細物料的粒度組成。
濕式分級(又稱水力分級)是根據礦粒在運動介質中沉降速度的不同，將粒度級別較寬的礦粒群，分成若干窄粒度級別產物的過程，常用的分級設備包括水力旋流器、細篩、風力分級機和螺旋分級機等，這些分級設備各有其特點和優、缺點。
水力旋流器 的優點是結構簡單、處理量大、影響作業指標的因素可根據需要調節。國外有關選礦廠幾乎均選用水力旋流器作為磨礦回路的分級設備，但水力旋流器用作磨礦回路的分級設備也有其局限性及缺點：需用砂泵加壓給礦，因此動力消耗大；影響指標的因素多，例如結構參數及操作參數(給料性質、濃度、粒度、壓力、流量等)的變化均影響分級指標變化；無滯后作用(與螺旋分級機相比，)、反應快，因此必須采用自動控制。變徑水力旋流器、水力旋流器中流體運動規律及其力學特性與水力旋流器內截面的曲率半徑密切相關，分級粒度從2微米到250微米；復合力場水力旋流器適合磁性物料的分級、選別作業東北大學與鞍鋼齊大山礦研制的磁力水力旋流器也獲得較好的指標。
從60年代末以來國內外開展了細篩分級的研究美國明塔克鐵礦選礦廠最初在磨礦回路中曾試驗用擊震細篩分級，70年代初改用德瑞克(dｅｒｒｉｃｋ)公司研制的德瑞克高頻細篩，取得很好的 這種振動細篩的關鍵部件有3個：①k形激振電機。高頻轉動(3000～3600ｒ／ｍｉｎ)，采用密封、高質量油的自潤滑方式；②篩網。由特殊耐磨合金編制而成，篩孔尺寸0.111－－0.292ｍｍ，篩子振幅亂1.0ｍｍ；為了防止堵塞，采用3層篩網，上層為主篩網，中間為防堵篩網，下層為支撐篩網；③給礦器。保證物料均勻、連續、平整地鋪滿三路篩面上。1983年我國江西伊春鉭鈮礦曾引進2臺德瑞克篩用于處理250ｍｒｎ水力旋流器脫泥后沉砂，也取得了較好 。國內一些選礦廠于80年代也進行利用直線振動篩代替螺旋分級機、水力旋流器或與其組合適用的研究。與此同時也開展了高頻振動細篩的研究。長沙礦冶研究院研制成功了gps型高頻振動細篩。這種細篩總體來看與德瑞克相似，但振動部分及篩網有改進。東北大學研制的gps2800x1680型高頻細篩在歪頭山鐵礦進行了工業生產試驗并通過工業鑒定。
風力分級通常有三種方法1161：①淘洗。即利用空氣洗滌方法進行分離和回收，一般用于大量生產。把物流引入一定流向的氣流中，氣流使細顆粒克服重力上升到細粒的收集器。粗顆粒由于太重，無法被氣流帶走而進入粗粒收集器。通過一個固定大小的淘洗器，增大或減小器流量，空氣流速就會隨之增大或減小。這樣以來就會改變氣流的流速和壓力，作用于顆粒上的壓力則會變化，從而改變分級點；②自由渦流。氣流沿切線方向進入分級室，粗顆粒被拋向分級室的外層并被送入粗粉收集室；細顆粒被送入細粉收集室，改變葉片角度和流量，可控制產品粒度；③強制渦流。高速旋轉葉輪的葉片，可用于強制或誘導空氣環形運動。在此氣流中給料使粗顆粒被拋向分級室的外層并被送入粗粉收集室：細顆2粒被送入細粉收集器。要獲得精細分級，不僅應改變氣流量，而且要改變葉輪轉速，增大或減小葉輪轉速會使作用于顆粒e的離心力發生變化，使分級分離粒徑發生變化。
雙螺旋分級機廣泛適用于選礦廠中與球磨機配成閉路循環程分流礦沙，或用在重力選礦廠中來分級礦砂和細泥，及金屬選礦流程中對礦漿進行粒度分級，及洗礦作業中的脫泥、脫水等作業。該機具有結構簡單、工作可靠、操作方便等特點。分級機是借助于同體顆粒大小不同，比重不同，因而在液體中的沉降速度不同的原理.細礦粒浮游在水中成溢流出，粗礦粒沉于槽底。由槽底向上部排出，來進行機械分級的一種分級設備，能把磨機內磨出的料粉級于過濾，然后把粗料利用安裝葉片的螺旋片旋入磨機進料口，再把過濾出的細料從溢流管子排出。法機底座采用槽鋼，機體采用鋼板焊接而成。螺旋軸的人水頭、軸頭、采用生鐵套，耐磨耐用，提升裝置分電動和手動兩種。針對我國選礦廠生產實際情況，直徑d≤36ｍ的磨機能與螺旋分級 成自流連結、生產平穩可靠。因此除要求磨礦產品粒度很細者8b(c－200目＞90呦，采用螺旋分級機仍為較有優勢的方案。
雙螺旋分級機葉片具有清理漿料的作用，在工作的時候需要承受研磨體與物料的沖擊和磨損。隨著物料粉磨技術的快速發展，分級機趨于大型化，對葉片材料的性能提出了更高的要求，如何提高其耐磨性是廣大材料工作者 研究的課題。目前廣泛應用的葉片主要有4大類：①高錳鋼葉片；②低、中合金耐磨鋼葉片；＠荻鑄鐵葉片：④合金自口鑄鐵葉片“％1。
(1)高錳鋼葉片
高錳鋼從發明至今一直是礦山、公路、鐵路、建材、化工、冶金、磨料生產等行業的主要耐磨材料。其主要特點是具有良好的韌性.能承受強烈的擠壓和沖擊，并在擠壓和沖擊過程中產生硬化而發揮出良好的抗磨損特性。與其它耐磨材料的一個顯著區別是，受力并產生塑性變形是高錳鋼獲得高硬度的前提，其塑變前的硬度很低，塑變后具有很高的抗沖擊性和耐磨性，但對冷脆應變較敏感。因此，服役過程中的加工硬化是導致高錳鋼耐磨損的最主要機制，這就要求高錳鋼應該使用于具有較強烈的擠壓或沖擊的工作環境中。實驗證明位01大應力、高沖擊環境中使用的高錳鋼耐磨性明顯高于小應力、低沖擊環境中工作的同材質工件，如同樣的挖掘機斗齒在南方山區復雜地質環境中工作表現出良好的耐磨性，而到北方松軟土質中高錳鋼的優勢則完全喪失。因此，分級機葉片材料采用高錳鋼時，往往不能使高錳鋼的耐磨性得到真正發揮。
(2)低、中合金耐磨鋼葉片
低、中合金耐磨鋼是以硅、錳為基礎，加入鉻、鉬、鎳以及其它微量元素而發展起來的，具有一定的韌性，在低、中沖擊載荷下的耐磨性優于高錳鋼，但存在淬透性和淬硬性低的缺點k211。
(3)灰鑄鐵葉片
灰鑄鐵作為傳統的金屬材料在鑄造生產中歷來都占有重要的地位。由于灰鑄鐵具有優越的鑄造性能、良好的切削性能和較為簡單的生產工藝，因此它被廣泛應用于各個領域。灰鑄鐵摩擦阻力小、磨損小，強度、耐磨性、耐蝕之間有很好的配合。金堆城目前采用灰鑄鐵作為雙螺旋分級機葉片材料，但在螺旋分級機中使用的灰鑄鐵葉片工作壽命僅為2-3 .難以達到工廠的性能要求.
(4)合金白口鑄鐵葉片
普通白口鑄鐵具有生產工藝簡單、生產 的特點，它是傳統的抗磨材料之一。但它的組織是典型的萊氏體，這就決定了它具有韌性差，脆性大和耐磨性差等缺點，使得它的應用范圍受到限制。合金化是改進白口鑄鐵使用性能的有效方法，向白口鑄鐵中加入鎳和鉻，制成鎳硬鑄鐵，經過適當的熱處理可以獲得較好的抗沖擊疲勞能力和高的硬度。然而我國的鎳資源較缺乏，致使大范圍推廣鎳硬鑄鐵的應用變得不現實。
近年來，國內外的研究者對于鉻在鑄鐵中的作用做了大量的研究實驗在此基礎上研制開發出多種不同含鉻量的白口鑄鐵，從而形成了一個獨立的白口鑄鐵分支——鉻系白口鑄鐵。高鉻白口鑄鐵20世紀30年代先后在美國、英國研制成功，其含鉻量在11～28％之間，共晶碳化物為六方晶系的mc，型。普通白鑄鐵凝固時，共晶碳化物mc是連續的，奧氏體是孤立的。而高鉻鑄鐵凝固時所形成的共晶碳化物m7c，型為孤立相，而奧氏體是連續相，這就大大地減弱了高硬度抗磨相對基體的割裂或脆化作用。如果使用這種材料作磨球可以降低球耗和電耗，提高產量和細度，深受企業歡迎眩卵。由于鉻的加入，有效地改變了白口鑄鐵的組織和性能，顯著提高材料的抗磨能力。從世界范圍來說，鉻資源并不缺乏，且價格適中。與其他合金白口鑄鐵相比，鉻系合金白口鑄鐵的性價比頗具吸引力，因而已經成為目前國內外廣泛應用的耐磨材料。鉻在白口鑄鐵中的作用主要體現在以下兩個方面：①促進碳化物形成，改變碳化物結構、性能和形態；②固溶于奧氏體中，改變奧氏體相變性質。人們利用這兩方面作用，獲得各種預期金相組織，以滿足各種抗磨零件的技術要求。
為適合我國大多數用沖天爐熔煉白口鑄鐵的特點，國內發展了低鉻白口鑄鐵在普通白口鑄鐵中加入cr形成低鉻白口鑄鐵。低鉻白口鑄鐵的化學成分根據零件使用的工況條件，可作相應的調整。低鉻白口鑄鐵生產工藝簡單，價格低廉，抗磨性較，但因其組織中有大量的網狀碳化物而致使在對材料強度要求較高的場合下很難被采用。低鉻白口鑄鐵一般以珠光體狀態使用，因此其碳化物類型、數量、形態和分布是很重要的參數。與普通白口鑄鐵相比，碳化物由萊氏體中的普通滲碳體fe3c變為合金滲碳體(f,cr)３c，維氏硬度也由840hv增加到1000hv，碳化物形貌也有所改善。低鉻鑄鐵的化學成分通常要根據零件的使用工況作適當的調整。目前應用較為成熟的低鉻鑄鐵成分范圍是：2.4%—3.2%。
含鉻量在6％～10％的中鉻鑄鐵，其碳化物的類型具有雙重性，即由m7c3型和m3c型組成，隨著鉻含量的增加，碳化物中網狀結構的m3c比例減小，而共晶碳化物趨向孤立狀的m7c3碳化物。中鉻鑄鐵的化學成分要根據基體情況來確定，想獲得符合使用要化學成分，就需要綜合考慮不同類型碳化物量相對增加，碳化物硬度和形態相應得到增加和改善，將提高鑄鐵韌性和耐磨性。另一方面，高si含量會降低鑄鐵的淬透性，含碳量較低時又會減少碳化物量，降低鑄鐵的磨性，因此需綜合考慮元素的影響鉻鑄鐵一般要經過熱處理后才投入使用，所采取的熱處理工藝與高鉻鑄鐵相似。
高鉻鑄鐵是以fe、cr、c為基本成分的合金，圖1—2是fe、cr、c液相面圖，利用此圖可以預計出剛剛凝固后的鑄鐵所具有的組織。圖1-3是fe、cr、c系室溫切面圖。從上述兩圖可以看出，剛凝固下來的高鉻鑄鐵中基體是奧氏體，這種奧氏體在加熱至高的溫度下才是 ，而且被cr、c等元素所飽和。當溫度降低時，奧氏體將發生轉變。對于凝固后的碳化物類型，從圖1-3的fe、cr、c系室溫切面圖可以看出：高碳低鉻時，容易出現m3c型碳化物；低碳高鉻時，容易出現m4c；碳和鉻配合在三角區，則可以得到m7c3。工業上應用的高鉻鑄鐵含碳量一般為2%高鉻鑄鐵作為公認的第三代抗磨鑄鐵，具有優良的耐磨性能和抗氧化性能，在各行各業中使用已愈來愈廣泛，尤其是在冶金工業上，為充分合理地發揮各種合金元素在高鉻鑄鐵中的作用，合理地對各種素進行應用，研究各種合金元素對高鉻鑄鐵在各種狀況下性能的影響具有重要意義高鉻白口鑄鐵按基體組織可分為馬氏體基體高鉻鑄鐵、貝氏體基體高鉻鑄鐵、屈氏體基體高鉻鑄鐵、奧氏體基體高鉻鑄鐵，可分別用于不同的工況條件。
a、馬氏體基體高鉻鑄鐵
馬氏體有很高的硬度，抗磨能力較強。為了獲得馬氏體組織，鑄件冷速應高于珠光體轉變和貝氏體轉變的臨界冷速，在連續冷卻條件下，馬氏體轉變50％的溫度至少應高于室溫。高鉻鑄鐵在較高溫度進行等溫處理時，碳與鉻可由奧氏體中脫溶，形成彌散分布的二次碳物。由于二次碳化物中的碳鉻濃度遠高于固溶體，碳化物析出和奧氏體中的碳鉻濃度相應降低，ms點得以升高，而奧氏體的鉻濃度仍足以維持較低的臨界速度，高鉻鑄鐵經過等溫處理后，用油或其他淬火介質淬火可以獲得以馬氏體為主體的基體組織。
b、奧氏體基體高鉻鑄鐵
奧氏體的轉變產物對白口鑄鐵的力學性能有很大影響。奧氏體基體高鉻白口鑄鐵具有很強的加工硬化特性，在較大的沖擊載荷作用下，硬化深度可達5mm，且在使用過程中基本無剝落和破碎現象，表現出韌性與抗磨性的 配合。與馬氏體基體高鉻白鑄鐵加工硬化后的表現相反，奧氏體基體高鉻鑄鐵中的奧氏體可以達到逐層硬化，逐層磨損的 ，其機理與高錳鋼相似。
c、貝氏體基體高鉻鑄鐵
浙江大學于20世紀70年代開始研究貝氏體基體的白口鑄鐵技術。在普通高鉻白口鑄鐵加入提高淬透性元素mo、cu、v、w等，采用金屬型鑄造，冷卻過程選擇避免形成明確確一硝方六珠光體的臨界冷卻速度，以使奧氏體穩定地過冷到貝氏體轉變區從而在鑄態下獲得貝氏體基體加m7c3型共晶碳化物組織。貝氏體高鉻鑄鐵的特點是組織細密、顯微硬度較高、對碳化物的支撐能力強，也有一定的加工硬化現象，加工硬化深度為2-3mm，表面硬度值可提高4mm，組織為貝氏體時可獲得耐磨性及沖擊疲勞性能的良好配合。屈氏體基體高鉻鑄鐵在高鉻白口鑄鐵中，屈氏體組織是一種良好的耐磨基體。屈氏體是介于索氏體和貝氏體之間的轉變產物，具有高的強度和好的韌性。以屈氏體為基體的高鉻白口鑄鐵特點是整個接觸面硬度均勻一致，對碳化物具備始終如一的支撐基礎，使材料在整個使用過程中均勻磨損而不會出現早期失效和變形。由于屈氏體屬于珠光體類型組織，沖擊韌性較高，作磨球時球的破碎率幾乎為零Ⅲ1。對于抗磨料磨損材料而言，基體的選擇是重要的，屈氏體是片間距非常細小的珠光體，它是一種強韌性基體，對碳化物具有鑲嵌與支撐能力。通常鑄態下屈氏體高鉻鑄鐵整體硬度可50-56hrc。在磨損初期屈氏體本身可承受一部分磨損，因而可有效地避免碳化物過早地暴露以致剝落或折斷。東鄉銅礦1997年引進河北工大屈氏體高鉻鑄鐵球的生產技術，年磨球生產能力9000t。鄭州鋁廠、小寺溝銅礦、永平銅礦、鄉銅礦、東荒裕金礦及水泥行業使用也證明，屈氏體高鉻鑄鐵球具有耐磨、破碎率低的優點(小于2％)，能使磨礦石的磨球單耗成本明顯降低。
材料的磨損總是發生在與外界物體接觸并有相對運動的機件表面，這是一種在機械力的作用下(部分磨損過程受電及化學作用影響)表面材料逐漸脫離母體，導致機件表面形狀、尺寸、組織和性能不斷變化，材料不斷損失的過程。磨損現象紛繁復雜，但都是一個“磨屑＂脫離本體的過程，從磨削形成過程的觀點來說，大體分四種磨損類型：
(1)磨料磨損：由于硬顆粒或突出物的作用而造成物料遷移所導致的磨損。
(2)粘著磨損：兩個光滑的金屬表面在壓力下作相對滑行時，界面上的實際接觸面極可能結合起來而形成粘著，這些粘著點不斷破裂，斷裂可能發生在結合面處，也可能發生在本體的突出部位，這就使某一表面上產生脫離了本體的金屬磨屑。
(3)腐蝕磨損：在腐蝕條件下，金屬表面形成一層腐蝕產物，在有相對滑行時，這層腐蝕產物將被磨掉，使金屬受到繼續的腐蝕和磨損。
(4)表面疲勞磨損：這種磨損是由于多次反復的加載和卸載而導致在接觸面上以及接觸面的皮下形成垂直于或平行于接觸面的疲勞裂紋，這些裂紋的擴展以及相互交割，可能使金屬表面開裂，以致剝落。在這些種類的磨損中，磨料磨損是最主要的磨損形式。在所有的業磨損中一半以上的磨損實質主要是磨料磨損，它導致了人力、能源和材料的大量消耗。人們越來越認識到對磨料磨損、抗磨材料及磨料磨損機理研究的必要性和迫切性。近８緒論年來，國內外抗磨材質的發展取得很大進步。
1.5.1磨料磨損
分類磨料磨損是最常見的磨損形式，在工農業生產中，磨料磨損現象幾乎是隨處可見。由于磨料磨損產生于不同的工況，摩擦系統所處的環境各異，磨損過程是復雜和多樣的，影響磨損的因素很多，根據磨料對于機件的作用方式，許多人曾經對磨料磨損進行過分類。美金屬學會的分類“踟是：
(1)高應力鑿削磨損：所謂高應力是指磨料在與工件接觸時產生的應力已經超過了磨料本身的破斷強度。在此情況下，磨粒接觸處集中的壓應力，使金屬表面收到切削并產生塑性變形和疲勞以及硬質相的開裂而造成材料磨損。
(2)低應力劃傷磨損：是指磨料本身的強度超過磨料與工件之間的接觸應力，在磨損過程中磨料不發生破碎的情況。磨料一般沿工件表面平移，金屬表面被劃傷，但由于正向壓力較低，劃痕較淺。雙螺旋分級機葉片工作時葉片表面受到礦渣的磨損屬于典型的濕式低應劃傷磨損。
1.5.2磨料磨損形成機制
磨料磨損與其他磨損形式在形成機制方面有顯著的不同，發生磨料磨損時，材料首先受磨料切削，并發生塑變和疲勞現象，形成切削，最終從表面除去。在不同工況下，磨料可能沿不同方向與工件表面接觸。也就是說，磨料可以從不同方位施力于工件表面，這種力可分垂直于工件表面的法向力和平行于工件表面的切向力。法向力迫使磨粒壓入工件表面，產生壓坑。切向力則使磨粒沿工件表面移動，并在表面留下切削溝槽，塑性較好的材料溝槽側面的金屬發生塑性流變，形成唇狀凸邊。但不是所有磨料都能在工件表面產生切削作用，據實驗結果推算得到的數據，在松散的磨粒中，大約只有10％的磨粒在工件表面產生切削作用，其余的磨粒在工件表面滾動，如果金屬性質較脆，溝槽中被切削的材料可直接脫離材料表面，形成磨屑。而初次被切削的塑性金屬大部分形成唇狀凸邊，由形變產生的唇狀邊中，金屬組織和性質發生很大變化，塑變區可能發生形變硬化、型變熱導致的相變(淬火、回火、回復再結晶等)、金屬織構變化、內應力增加等一系列足以改變材料性能的變化，同時還會發生吸附在工件表面的氧原子向塑性流變區擴散。隨著上述現象的出現，塑變材料硬化，脆化。當磨料與工件表面塑變區繼續反復作用，將把已發生塑變的材料壓平。這說明工件表面連續不斷發生反復塑變，可使材料的形變硬化加強，彈性極限提高，脆性益愈增加。晶體內部點陣過度畸變，出現位錯塞積群或位錯密度有顯著差異的胞狀結構。最使材料脆化，不可能進一步發生塑性變形和吸收外來能量的程度。此時，材料的最薄弱部分接替，形成磨屑，脫離母體。對于塑性材料(或金屬組織中某些塑性較高的部分)來說，這種反復塑變導致材料脆化、斷裂的機制已被大部分研究工作者所接受。也有人提出磨屑生與材料的低周期疲勞破壞ｍ1。低周期疲勞破壞是指材料周期性地承受超過彈性極限的反復應力后，短期內出現的破壞現西安理工大學碩士學位論文象，其實質與上述機制相似。
1.5.3影響磨料磨損的因素
磨料硬度對工件的磨損量有顯著影響。一般來說，在相同的工況下，較硬的磨料能使工件產生較大的磨損量。磨料磨損產生的過程中，磨料或大塊磨料的表面凸出部分壓入工件表面，并在表面層移動。如果磨料的強度不能抵抗外力而破碎，磨粒尺寸減小，外形改變(一是棱角更趨銳利)，磨損率將隨不同的因素而變化。磨粒的形狀對于金屬的磨損率也有影響。如果磨粒是多角形，棱角 的曲率半徑則是影響工件磨損的重要因素。 曲率半徑大的磨粒易于切削金屬，而且壓入金屬表面的深度大，提高材料表面的塑性變形程度。而 曲率半徑小的磨粒，壓入深度小，壓入部分的材料可能保持在彈性變形的范圍內。這種不同的形變特點，對金屬的磨損量有明顯影響。當磨粒與材料發生水平切削運動時，多角形前端刃緣與磨粒前進方向之間的夾角，常稱前角，對磨屑的形成有一定的影響。這一點與金屬切削刀具切削金屬的情況有類似之處。前角較大的磨粒前進時，對材料主要產生擠壓作用，犁溝中的金屬大部分以流變的方式排出溝槽，小部分發生彈性變形，很少形成一次切屑。只當角小于臨界值(根據材料性能不同而有變化，在300-900范圍)時，磨粒以楔入方式進入材料表面。當剪切應力超過材料剪切強度以后，材料發生斷裂，形成磨屑。磨屑的形成會使材料磨損量增大。磨粒在垂直于前進方向的截面形狀對其磨損能量也有影響。假設磨粒壓入材料的部分的界面是圓錐形，當磨粒向前移動時，在錐角較大的磨粒兩測的金屬大部分發生塑性流動，形成帶有唇狀凸邊的溝槽。反之，如果，錐角較小時，形成不帶唇狀凸邊的切削溝槽的幾率大大增加，磨損大部分以排出一次切屑的形式損耗。當然這種現象還與金屬材料的機械性質有關，脆性材料更易形成切削溝槽。綜上所述，磨粒的形狀、尺寸以及磨料與工件金屬相互作用的方向有密切關系。礦物、巖石一類的磨料一般屬于脆性材料，在與工件相接觸過程中都會發生斷裂、破碎。由于巖體的解理特征、風化程度、內部物相的結合方式與強度有所不同，破碎后形成的磨粒尺寸、形狀、表面形貌均有差異。在工業實踐中，觀察磨粒外形有助于預測和控制磨損量巧。
螺旋分級機的外形是一個矩形斜槽，槽底傾角為120-18.5。，底部呈半圓形。槽內安裝有1或2個縱長的軸，沿軸長連續地安置螺旋形葉片，借上端傳動 帶動螺旋軸旋轉，見圖2-1。
如為雙螺旋，從上部來看螺旋葉片均是向外轉動。礦漿由槽的旁側給入，1-螺旋；2一分級槽；3一螺旋軸；4一軸承；5一傳動裝置；6一螺旋提升 ；7一進料口；8一溢流堰；9一溢流排出口；10-沉砂排出口
槽的下部形成沉降分級面。粗顆粒沉到槽底后被螺旋推向上方排出，在運輸過程中同時進行脫水，未及沉降的細顆被表層礦漿流攜帶經溢流堰排出。在分級槽下端有一個框架，框架的上部橫梁設有提升裝置，用以調節螺旋葉片距槽底的距離，并在停車時將螺旋軸抬起，以防止礦砂沉積埋住螺旋葉片。螺旋分級機分級液面的高低又可分為高堰式和浸入式(或稱沉沒式)兩種。高堰式分級機的溢流堰高于下端螺旋軸的中心，而低于螺旋葉片的上緣。分級液面的長度不大，液面可直接感受到螺旋葉片的攪動作用，故適于粗級分級作用，分級粒度多在0.15mm以上。浸入式分級機的下端螺旋葉片完全浸入在液面以下，分級面積大而平穩，適于細粒級分級，分級粒度在0.15mm以下。它的溢流生產率較高。此外還有一種低堰式螺旋分級機，其分級液面低于下端螺旋軸承，液面很小，攪動作用大，主要用于含泥砂石的洗礦。
2.1.1葉片失效分析
生產實踐中，螺旋分級機葉片的常見失效形式有磨料磨損失效和脆裂失效兩種。其中脆裂屬于不正常的失效形式。下面對螺旋分級機葉片的失效形式進行說明與原因分析：
(1)磨料磨損失效此種失效為正常磨料磨損失效。葉片在工作過程中，與礦石這樣的大塊磨料相接觸，西哥理工走學碩士擘位論文在長期的沖擊與碾磨過程中，葉片逐漸磨損變小，直至尺寸不在滿足幣常工作要求。
(2)脆裂失效由于抗磨件在工作過程中所受的沖擊是難以預料的.因此，有時候也會出現脆裂失效。脆裂失效的原因大概有以下幾點：①在外力的作用和溫度等的影響下，使片內部應力增加，井沿碳化物產生裂紋，從而導致葉片脆裂失效。⑦如果鑄件在熱處理過程中，產生微裂紋，工作中這些微裂紋就會擴展而出現破碎失效。③分級機中進入螺栓等金屬物件，卡住葉片，使葉片受力過大而產生斷裂失效。倒22是葉片脆裂失效和磨損失效形貌。
高鉻鑄鐵是最重要的耐磨材料之一，適用于各種低應力磨料磨損的工況條件，廣泛應用干機械、冶金、采礦及礦產品加工等行業。近年來，各工業國家都很重視對高鉻鑄鐵的研究工作，以期充分利用其優異的耐磨性能。高鉻鑄鐵耐磨件，在我國也應用很廣。隨著礦業和冶金行業的迅速發展，對高鉻鑄鐵件的需求增長。目前，年產量大約超過50 噸，不僅供國內各行業使用，也有相當數量的鑄件出口。作為新一代抗磨材料.高鉻鑄鐵正在越來越廣泛的領域內取代傳統的高錳鋼而成為抗磨粒磨損的優質材料。尤其在磨料塊度小而硬度高的場合下，如粉碎水泥熟料、制備石英砂、分級選礦等工況下更成為一種 材質，并被廣大相關工業界所接受分級機中的葉片，是合金抗磨自口鑄鐵用得較多的磨損零件。被磨材料有金屬礦石、煤、耐火材料和水泥等。在碾磨這些材料時，包含了許多不同的環境條件，例如有干的磨料，腐蝕，沖擊疲勞等。條件雖然各異，但共同的要求是：抗磨件都要有足夠的抗磨性和抗破碎零葉片失效分析能力。本課題緊密結合金堆城鉬業公司生產實際中存在的問題，利用高鉻鑄鐵替代原有的灰鑄鐵作為分級機葉片材料，并通過合理的合金元素配比和熱處理工藝設計，使新合金材料的硬度、沖擊韌性和耐磨性達到良好的配合，達到工廠的性能要求，延長分級機葉片的服役壽命。此外，還通過分析材料的微觀組織與結構，找出微觀組織與硬度、韌性、耐磨性等宏觀性能的聯系，綜合起來對材料的設計開發提供理論指導。
2.2.2研究意義
隨著生產的需要、科技的發展，新材料的設計與開發已成為一個越來越重要的課題。新材料的研究，各種材料的快速更新、取代，對未來經濟的發展是至關重要的。高鉻鑄鐵作為一種優異的耐磨材料，廣泛應用于各種抗磨料磨損的場合。本課題的研究意義主要有以下幾點：
(1)在不提高生產成本的前提下，開發一種主要用于螺旋分級機葉片的合金高鉻鑄鐵材料，這種鑄鐵耐磨性有較大提升，應用更加廣泛。可大范圍取代灰鑄鐵作為葉片材料，并可直接應用于生產實踐，具有顯著的經濟效益和戰略價值。
(2)從微觀組織構成的角度分析材料的組織與各項性能之間的關系。為耐磨材料研究提供新的思路。
(3)從微觀角度研究熱處理對基體類型與結構的影響，并找出不同熱處理條件對材料組織和相結構的影響規律，及由此對力學性能和耐磨性產生的影響。為耐磨鑄鐵材料設計提供理論指導。
及實驗方案碳化物形態、分布狀況、數量等對高鉻鑄鐵的使用性能有顯著的影響。為了改善高鉻鑄鐵的性能，國內外的材料工作者圍繞著如何改變碳化物的形態和分布上開展實驗研究。但在實驗研究的過程中還應意識到，選擇合適的基體組織對改善材料的抗磨能力也有一定的作用。越來越多的實驗研究表明，合理的搭配合金元素可以使高鉻鑄鐵為理想的組織和性能。
c,cr鉻與碳是高鉻鑄鐵中兩種重要元素。提高含碳量能增加碳化物含量，提高鑄鐵的硬度，改善材料的耐磨性，但過高的碳量會使鑄鐵的韌性降低，選擇鑄鐵成分時一般要同時考慮碳和鉻的配合，以保證鑄鐵成分為亞共晶成分。當選擇接近共晶點的亞共晶成分時，鑄鐵熔點，流動性好，不易產生縮孔、縮松缺陷。易獲得質量高的鑄件。
提高鉻的含量，也有助于提高碳化物的數量。當含鉻量大于百分之十到百分之十二時，碳化物的形態從mc轉變成m7c3，工藝上常用整碳的含量來改變碳化物的含量。在實際生產中，鉻一般要和碳合理的搭配使用，以達到提高鑄鐵硬度的韌性的目的。由于本課題中分級機的工作環境存在腐蝕，鉻的加入，一方面有利于耐磨性的提高，另一方面形成鈍化膜，提高基本的電極電位，有利于耐蝕性的提高。在腐蝕磨損的條件下，鉻是耐磨蝕材質的主要元素。
高鉻鑄鐵中鉻與碳的比值，對組織和性能有很大的影響。大于五就能獲得大部分的m7c3型碳化物，同時比值越高，鑄鐵的液透性也增加，隨著比值的增加，共晶碳化物的形貓經歷了連續網一片一桿等連續程度減小的過程，共晶碳化物的類型也經歷一個變化過程，會提高鑄鐵的韌性。此外基本晶粒會隨著比值的增加變得細小。
