Трибологические характеристики белого высокохромистого чугуна и жара

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9229 (2023) Цитировать эту статью

Подробности о метриках

Сульфат барита (BaSO4) считается очень важным минеральным материалом, используемым в качестве утяжелителя для всех типов буровых растворов. Между тем, дробилки, используемые на этапе измельчения во время дробления барита, подвергаются катастрофическому износу в частях молота, изготовленных из белого чугуна с высоким содержанием хрома (HCWCI). В настоящем исследовании было проведено сравнение трибологических характеристик HCWCI и термообработанной стали AISI P20 для изучения возможной замены HCWCI. Трибологические испытания проводились при нормальных нагрузках от 5 до 10 Н в течение различной продолжительности (60, 120, 180 и 240 мин). Анализ реакции на износ для обоих материалов показал, что коэффициент трения увеличивается с увеличением приложенной нагрузки. Более того, AISI P20 показал самое низкое значение по сравнению с HCWCI во всех условиях. Кроме того, анализ следов износа, полученных с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), показал, что повреждение представляло собой явление абразивного износа для HCWCI с обнаружением сети трещин по всей карбидной фазе, которая была более выражена при самой высокой нагрузке. Что касается AISI P20, то выявлен абразивный механизм износа, характеризующийся наличием нескольких канавок и явлением распахивания. Кроме того, анализ следов износа с использованием 2D-профилометрии показал, что для обеих нагрузок максимальная глубина износа следов износа HCWCI была значительно больше, чем у AISI P20. В результате по сравнению с HCWCI AISI P20 демонстрирует лучшую износостойкость. Кроме того, по мере увеличения нагрузки глубина износа и площадь изношения также увеличиваются. Кроме того, анализ скорости износа подтверждает предыдущие выводы, которые показали, что при обеих нагрузках AISI P20 был более прочным, чем HCWCI.

Минеральный продукт барит, также известный как сульфат бария, имеет химическую формулу «BaSO4». Название этого вещества связано с его огромной плотностью. Слово «барит» на самом деле происходит от греческого слова «барыс», что означает «тяжелый», из-за высокого атомного веса элемента бария, который равен 4,48 г/см3 при температуре 26 °C. Не следует упускать из виду тот факт, что этот продукт широко потребляется во всем мире. Действительно, нефтегазовый сектор, который является основными отраслями использования барита из-за необычного сочетания его свойств, таких как высокая плотность, мягкость и химическая инертность, является основными бенефициарами этого глобального использования. Другие области применения в основном ориентированы на радиационную защиту и химическую промышленность. Здесь важно упомянуть этапы, необходимые для производства баритового порошка, которые показаны на рис. 1. Однако из-за высокой производительности и сложных условий работы во время дробления возникают различные механические и трибологические проблемы (рис. 2). процесс, что в конечном итоге приводит к его сбою. Эти проблемы приводят к временным и финансовым потерям, замедлению производства и низкому качеству конечного продукта.

Процесс дробления барита.

Процесс дробления: (а) дробилка, (б) молоток до и после повреждения и (в) повреждение от износа.

В том же контексте несколько исследователей исследовали повреждение металлических материалов1,2,3,4,5. Фактически, Арабнежад и др. исследовали влияние твердости эродирующих частиц на нержавеющую сталь и пришли к выводу, что степень эрозии увеличивается с увеличением твердости частиц2. Лагуна-Камачо и др. проанализировали явления эрозии нержавеющей стали 304. Реакция на износ показывает, что механизм эрозионного изнашивания нержавеющей стали 304 можно описать хрупким разрушением нескольких крупных фрагментов с углом удара 90 градусов4.

Однако литературные исследования, посвященные износу дробилок в промышленности, встречаются редко6,7,8,9,10. Последние7,9 сосредоточивают свое внимание на повреждениях от износа дробилок, используемых при добыче оливкового масла и баритовой промышленности. Общее исследование повреждений поверхности HCWCI, используемого в дробилках баритовой породы, показывает непрерывные, глубокие и широкие канавки, разделенные гребнями, образовавшимися в результате износа, образующегося при контакте с поверхностью. Из-за постоянного воздействия частиц барита на молоток на поврежденной поверхности также наблюдаются многочисленные кратеры и сеть трещин. В результате можно сделать вывод, что износ является результатом как абразивного, так и ударного явления9.