高クロム白鋳鉄と熱のトライボロジー性能

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9229 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

硫酸重晶石 (BaSO4) は、あらゆる種類の掘削液の増量剤として使用される非常に重要な鉱物材料と考えられています。 一方、重晶石粉砕時の研削工程に使用されるクラッシャーは、高クロム白鋳鉄 (HCWCI) で作られたハンマー部分にある壊滅的な摩耗損傷の影響を受けます。 本研究では、HCWCI の代替可能性を調査するために、HCWCI と熱処理鋼 AISI P20 の間のトライボロジー性能の比較が行われました。 トライボロジー試験は、5 ～ 10 N の通常荷重下で、さまざまな期間 (60、120、180、および 240 分) で実行されました。 両方の材料の摩耗応答分析では、適用される荷重が増加するにつれて摩擦係数が増加することが示されました。 さらに、AISI P20 は、すべての条件において HCWCI に起因する値と比較して最も低い値を示しました。 さらに、走査型電子顕微鏡 (SEM) によって得られた摩耗跡の分析により、損傷は炭化物相全体に亀裂ネットワークが検出され、最高荷重下でより顕著であった、HCWCI の摩耗現象であることが明らかになりました。 AISI P20 に関しては、いくつかの溝とプラウ現象を特徴とする摩耗メカニズムが検出されました。 さらに、2D 形状測定を使用した摩耗跡の分析により、両方の荷重において、HCWCI 摩耗跡の最大摩耗深さが AISI P20 の最大摩耗深さよりも大幅に大きいことが明らかになりました。 その結果、HCWCI と比較した場合、AISI P20 は最高の耐摩耗性を示します。 さらに、荷重が増加すると摩耗深さおよび摩耗面積も増加します。 また、摩耗率分析は、両方の負荷の下で AISI P20 が HCWCI よりも堅牢であることを示した以前の調査結果を裏付けています。

硫酸バリウムとしても知られる鉱物製品の重晶石は、化学式「BaSO4」を持っています。 この物質の名前は、その途方もない密度を表しています。 「重晶石」という言葉は、バリウムという元素の原子量が 26 °C で 4.48 g/cm3 に等しいため、実際には「重い」を意味するギリシャ語の「barys」に由来しています。 この製品が世界中で広く消費されているという事実を見逃してはなりません。 実際、高密度、柔らかさ、化学的不活性などの珍しい特徴の組み合わせにより、重晶石が使用される主要産業である石油およびガス部門は、この世界的な使用の主な受益者です。 他の用途は主に放射線防護と化学産業に焦点を当てています。 ここで、図 1 に示す重晶石粉末の製造に必要な手順について言及することが重要です。ただし、高い生産速度と困難な作業条件により、この粉砕中にさまざまな機械的および摩擦学的問題 (図 2) が発生します。最終的にはプロセス障害を引き起こします。 これらの問題は、時間的および経済的損失、製造速度の低下、最終製品の品質の低下をもたらします。

重晶石の破砕プロセス。

破砕プロセス: (a) クラッシャー、(b) 損傷前後のハンマー、(c) 摩耗損傷。

同じ文脈で、数人の研究者が金属材料の損傷を調査しました1、2、3、4、5。 実際、Arabnejad らは、 は、浸食粒子の硬度がステンレス鋼に及ぼす影響を調査し、粒子の硬度が増加するにつれて浸食率も上昇するという結論に達しました2。 ラグナ・カマチョら。 304 ステンレス鋼の浸食現象を分析しました。 摩耗応答は、ステンレス鋼 304 の浸食摩耗メカニズムが、90 度の衝撃角によるいくつかの大きな破片の脆性破壊によって説明できることを示しています4。

しかし、業界におけるクラッシャーの摩耗損傷を扱った文献研究は一般的ではありません6、7、8、9、10。 後者7,9は、オリーブオイル抽出や重晶石産業で使用される破砕機の摩耗損傷に焦点を当てています。 重晶石の破砕機に使用されるHCWCIの表面損傷を全体的に調査すると、表面接触で生成された摩耗粉によってもたらされた隆起によって分離された、連続した深くて広い溝が明らかになりました。 重晶石粒子がハンマーに継続的に衝突するため、損傷した表面には多数のクレーターや亀裂網も観察できます。 その結果、摩耗は摩耗現象と衝撃現象の両方の結果であると推測できます9。