隨著一次能源的不斷減少，可再生能源越來越被人們關注。其中，生物質固體燃料以豐富的秸稈等生物質為原料，易於實現大規模生產、便於儲存和運輸，具有廣闊的發展前景。其生產設備可分為螺旋擠壓式、活塞衝頭式、平模式和環模式，其中環模式成犁機具有生產率高、成型好等優點，是生產生物質固體燃料企業優選設備。HM485型(xing)生(sheng)物(wu)質(zhi)固(gu)體(ti)燃(ran)料(liao)成(cheng)型(xing)機(ji)是(shi)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)的(de)生(sheng)物(wu)質(zhi)固(gu)體(ti)成(cheng)犁(li)燃(ran)料(liao)加(jia)工(gong)設(she)備(bei)，但(dan)該(gai)設(she)備(bei)存(cun)在(zai)主(zhu)要(yao)部(bu)件(jian)磨(mo)損(sun)嚴(yan)重(zhong)等(deng)問(wen)題(ti)，其(qi)中(zhong)，環(huan)模(mo)和(he)壓(ya)輥(gun)是(shi)成(cheng)型(xing)機(ji)的(de)關(guan)鍵(jian)工(gong)作(zuo)部(bu)件(jian)，而(er)日(ri)前(qian)研(yan)究(jiu)理(li)論(lun)針(zhen)對(dui)環(huan)模(mo)的(de)失(shi)效(xiao)機(ji)理(li)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)，並(bing)未(wei)對(dui)壓(ya)輥(gun)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)。壓(ya)輥(gun)用(yong)來(lai)向(xiang)環(huan)模(mo)擠(ji)壓(ya)物(wu)料(liao)，由(you)於(yu)壓(ya)輥(gun)長(chang)期(qi)受(shou)到(dao)摩(mo)擦(ca)力(li)與(yu)擠(ji)壓(ya)力(li)的(de)作(zuo)用(yong)，將(jiang)壓(ya)輥(gun)的(de)外(wai)圓(yuan)周(zhou)表(biao)麵(mian)加(jia)工(gong)成(cheng)齒(chi)槽(cao)狀(zhuang)，既(ji)增(zeng)強(qiang)了(le)抗(kang)磨(mo)損(sun)能(neng)力(li)，又(you)易(yi)於(yu)攫(jue)取(qu)散(san)料(liao)。壓(ya)輥(gun)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)比(bi)較(jiao)惡(e)劣(lie)，除(chu)原(yuan)料(liao)對(dui)壓(ya)輥(gun)正(zheng)常(chang)磨(mo)損(sun)外(wai)，秸(jie)稈(gan)、木屑等生物質原料中多含有砂石、矽化物以及鐵屑等硬質顆粒物，加劇對壓輥的磨損。由於壓輥和環模的線速度基本相等，壓輥的直徑僅為環模內徑的0.4，故壓輥磨損率比環模高2.5倍。壓輥理論設計壽命為300 h，但實際使用時間不超過200h。一些工廠由於使用不當，使用時間還不到150h，並bing且qie失shi效xiao壓ya輥gun因yin表biao麵mian磨mo損sun嚴yan重zhong己ji無wu法fa重zhong新xin修xiu複fu。壓ya輥gun磨mo損sun過guo快kuai，不bu僅jin降jiang低di顆ke粒li燃ran料liao的de成cheng型xing率lv，增zeng加jia生sheng產chan成cheng本ben，而er且qie直zhi接jie影ying響xiang生sheng產chan率lv。岡gang此ci，如ru何he延yan長chang壓ya輥gun的de使shi用yong壽shou命ming是shi目mu前qian 生物質固體燃料成型機的研究重點，富通新能源專業生產銷售環模式木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質固體燃料成型機械設備。
為提高壓輥的可靠性和耐用性，本文對壓輥進行生產試驗研究，對磨損壓輥進行宏觀、微觀和金相組織分析，探討壓輥磨損失效機理，為合理選擇壓輥材料和熱處理工藝提供理論依據。
1、試驗設備與方法
1.1試驗設備
1.1.1磨損試驗設備
磨損試驗機采用農業部規劃設計研究院設計的HM485型生物質固體燃料成型機，該機已在北京大興農業部生物質固體成型燃料示範基地進行了應用，主要技術參數如下：主機功率：110kW;設備生產率為2Uh;燃料成型率>95%；顆粒密度>1.0g/cm3;長×寬×高：2 015 mmXl 283 mmX2 230 mm。該機能夠適應於玉米秸稈、棉花秸稈、小麥秸稈以及林業剩餘物等生物質原料。主要由機體、喂料裝置、工作室和環模、壓輥等構成，主要利用環形壓模和與其相配的圓柱形壓輥等部件成型。
工作時，農作物秸稈、muxiedengshengwuzhiyuanliaozaipeiliaocangneihunrutianjiaji，bingyouluoxuanweiliaozhuangzhijinxinghunhe，suihoujiangwuliaoweirugongzuoshineizhili。zaigongzuoshinei，yunliaobanjiangtiaozhihaodeyuanliaofenpeidaohuanmoheyagunzhijian。dianjidaidonghuanmozhuandong，tongguomogunjiandewuliaojiqimocalishianzhuangzaihuanmoneideyagunzizhuan，jiangwuliaoqianru、擠壓，最後成圓柱狀從環模孔中被連續擠出來，再由安裝在環模外的固定切刀切成一定長度的顆粒燃料。
1.1.2試驗原料
采用人興禮賢鎮顆粒廠提供的2008年秋季成熟玉米秸稈。將玉米秸稈粉碎，粒度小於8 mm。自然風幹或調濕處理，使水分控製在15%～20%範圍內，裝入密封袋備用。該試驗將玉米秸稈直接壓縮，不添加任何其他成分。
1.1.2磨損分析試驗儀器設備及試劑
北京時代TH320全洛氏硬度計，HITACHI S570Scanning Electron Microscope．電火花線切割機，砂輪，預磨機(砂紙200#-900#)，水平拋光盤(300～500 r/m，粗拋光時轉速高，精拋光時轉速低)，拋光布（粗拋光用帆布，精拋光用絨布），拋光液（Al203細拋光粉在水中的懸浮液），浸蝕劑（4%硝酸酒精溶液）等。
1.2試驗方法
依據目前工廠正在使用壓輥的材料及熱處理方法，選用由45鋼材料的壓輥，壓輥外徑205 mm，內徑146 mm，為提高耐磨性，延長使用壽命，進行表麵滲碳處理，滲碳層厚度3 mm。滲碳後淬油處理。處理後壓輥齒高5 mm，齒項寬5mm，齒溝寬2mm，齒間距8mm。以大興周邊地區玉米秸稈為原料進行了生產試驗，安裝左右2隻壓輥進行生產試驗，生產顆粒密度為1.2g/cm3，直徑為8 mm的的米秸稈顆粒燃料，服役時間200h，2隻壓輥均出現了嚴重磨損，磨損層深度超過壓輥工作層厚度的70%，此時生物質固體燃料的成型率已下降到75%以下，我們認為其失效，如圖2所示，此時壓輥的攫取能力明顯下降，出料速度降低，散料增多，外表麵凹坑迅速增多。
在磨損失效的壓輥上，線切割機切下3塊小塊試樣，試樣大小為10 mm×10mm×20mm，如圖3所示分別進行化學成分分析，硬度測試和微觀磨損分析。其中，對第3塊試樣進行打磨、拋光、將樣品放在真空鍍膜機內，鍍金處理後，用S-570掃描電子顯微鏡觀察磨損部位表麵的顯微組織以及磨損形貌，分析其磨損機理和失效原因。
2、試驗結果與分析
2.1 肉眼觀察
壓輥磨損量大且磨損不均勻，對其表麵進行觀察和測量，如圖4所示。齒表麵凸凹不平，並伴有一些劃痕及凹坑。壓輥齒磨損量在3 mm左右。靠近喂料一側的表麵磨損嚴重，磨損量達4.2 mm，齒(chi)頂(ding)已(yi)接(jie)近(jin)齒(chi)溝(gou)部(bu)。這(zhe)是(shi)由(you)於(yu)物(wu)料(liao)從(cong)壓(ya)輥(gun)表(biao)麵(mian)的(de)一(yi)側(ce)喂(wei)入(ru)工(gong)作(zuo)室(shi)，刮(gua)板(ban)沒(mei)有(you)來(lai)得(de)及(ji)將(jiang)物(wu)料(liao)分(fen)配(pei)均(jun)勻(yun)就(jiu)已(yi)經(jing)壓(ya)入(ru)環(huan)模(mo)孔(kong)，致(zhi)使(shi)一(yi)側(ce)的(de)物(wu)料(liao)較(jiao)厚(hou)，加(jia)劇(ju)壓(ya)輥(gun)磨(mo)損(sun)。
表明摩擦時壓輥表麵存在硬質磨粒使壓輥表麵局部塑性變形，磨粒嵌入、切割金屬表麵從而導致零件表麵逐漸損耗，直至滲碳層兒乎消失。不僅粉碎的秸稈充當磨粒，原料中含有鐵屑、砂粒等顆粒較大的硬質材料雜質，與壓輥發生咬合，使壓輥表麵出現凹坑、劃痕等。壓輥磨損與環模內表麵磨損機理基本一致，均有磨痕。
2.2壓輥磨損失效分析
對壓輥的齒麵、齒頂和齒溝進行磨損失效分析，以探明磨損機理及磨損原因。
2.2.1硬度測試
選用磨損量較小的一塊試樣，用TH320全洛氏硬度計對試樣進行硬度測試，如圖5所示，試樣由表及裏的硬度值分別為44.5、28.5、25.5、23.0和22.5 HRC。
2.2.2化學元素分析
對該試樣進行樣品的化學成分分析，結果見表1。元素含量符合45鋼的成分要求。
2.2.3壓輥截麵金相組織分析
壓輥的齒麵、齒頂與齒溝端麵金相分析表明，表麵沒有過共析滲碳層，均已磨損。圖6為齒麵、齒頂與齒溝等不同部位的表層顯微組織圖。齒麵(圖6a)部分尚留稍厚的馬氏體層。而齒頂(圖6b)和齒溝（圖6c）僅留不到50 Um的馬氏體薄層，所有這些馬氏體均係接近共析鋼或亞共析鋼的馬氏體形態，即片狀馬氏體和板條狀馬氏體組成的混合組織。
表層以下的淬硬層為典型的板條馬氏體，如圖7a所示。接下來由於進入試樣深層，淬火冷卻速度下降，出現托氏體網狀析出，如圖7b所示。有些地方還出現羽毛狀上貝氏體析出，如圖7c所示。心部（圖7d）有大量的鐵索體析出。分析表明，該壓輥並沒有完全淬透，圖7b和圖7c都是未淬透的表現，由於壓輥火效主要足表麵的磨損，心部對壓輥失效的影響不大。
2.2.4壓輥表麵磨損形貌分析
齒頂、齒溝部磨損麵磨損形貌為黏著磨損形貌(圖8a)，表biao明ming表biao麵mian的de滲shen碳tan層ceng已yi被bei磨mo損sun，試shi樣yang的de硬ying度du不bu高gao，由you於yu物wu料liao細xi小xiao顆ke粒li與yu壓ya輥gun表biao麵mian問wen實shi際ji接jie觸chu麵mian積ji很hen小xiao，接jie觸chu點dian應ying力li很hen高gao，並bing且qie接jie觸chu點dian溫wen度du非fei常chang高gao有you時shi高gao達da1000℃，shenzhigenggao，erjitiwenduyibanjiaodi。yagunbiaomianjiechudianchuyuzhezhonggaowenhegaoyinglizhuangtaixia，shijiechuweifengchanshengnianzhe，chuxianjiyasuxingbianxing。zhezhuyaoyouyujieganyuanliaozhongdeguisuanyanheshalizhongdeSi02、鐵屑等雜質的細小顆粒擦傷壓輥表麵，致使表麵發生咬合現象而產生了黏著磨損。
個別區域出現泥狀花樣（圖8b），齒(chi)溝(gou)部(bu)泥(ni)狀(zhuang)花(hua)樣(yang)比(bi)齒(chi)頂(ding)部(bu)更(geng)加(jia)明(ming)顯(xian)，表(biao)明(ming)所(suo)接(jie)觸(chu)的(de)原(yuan)料(liao)有(you)水(shui)分(fen)等(deng)介(jie)質(zhi)，在(zai)壓(ya)製(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)原(yuan)料(liao)由(you)於(yu)擠(ji)壓(ya)而(er)受(shou)熱(re)，原(yuan)料(liao)中(zhong)的(de)水(shui)分(fen)蒸(zheng)發(fa)變(bian)成(cheng)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)，金(jin)屬(shu)從(cong)水(shui)蒸(zheng)氣(qi)中(zhong)吸(xi)附(fu)氫(qing)而(er)導(dao)致(zhi)晶(jing)間(jian)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)。同(tong)時(shi)細(xi)小(xiao)沙(sha)粒(li)落(luo)在(zai)金(jin)屬(shu)表(biao)麵(mian)形(xing)成(cheng)縫(feng)隙(xi)而(er)凝(ning)聚(ju)水(shui)分(fen)，形(xing)成(cheng)氧(yang)濃(nong)度(du)差(cha)也(ye)給(gei)壓(ya)輥(gun)表(biao)麵(mian)腐(fu)蝕(shi)創(chuang)造(zao)局(ju)部(bu)條(tiao)件(jian)，加(jia)劇(ju)了(le)壓(ya)輥(gun)的(de)磨(mo)損(sun)。從(cong)磨(mo)損(sun)形(xing)貌(mao)中(zhong)看(kan)出(chu)不(bu)僅(jin)有(you)腐(fu)蝕(shi)產(chan)物(wu)，而(er)且(qie)有(you)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)紋(wen)產(chan)生(sheng)。
齒麵部磨損麵磨損形貌為黏著磨損形貌，有3種類型(圖9):伴隨有韌窩的黏著磨損（圖9a）；伴隨有犁壟的黏著磨損(圖9b)，較大硬顆粒擠壓造成的犁溝及溝側突起的溝邦隨後被擠壓變平，形成較大的溝壟；伴隨有犁溝的黏著磨損(圖9c)。研yan究jiu表biao明ming，除chu黏nian著zhe磨mo損sun外wai，還hai存cun在zai磨mo粒li磨mo損sun。主zhu要yao是shi由you於yu磨mo粒li在zai壓ya輥gun表biao麵mian發fa生sheng微wei觀guan切qie削xue作zuo用yong引yin起qi的de，環huan模mo對dui壓ya輥gun的de法fa向xiang載zai荷he將jiang磨mo粒li壓ya入ru表biao麵mian，相xiang對dui運yun動dong時shi磨mo粒li對dui表biao麵mian產chan生sheng犁li刨pao作zuo用yong，形xing成cheng磨mo痕hen。磨mo粒li除chu了le原yuan料liao的de較jiao小xiao硬ying質zhi顆ke粒li，如ru矽gui酸suan鹽yan外wai，還hai有you摻chan雜za在zai原yuan料liao中zhong的de細xi小xiao沙sha粒li和he鐵tie屑xie等deng。
3、結論與建議
壓輥表麵出現凹坑、劃痕，由於砂粒、鐵屑等硬質雜質對壓輥的磨損，屬於非正常磨損。表麵平均磨損量約3 mm，兩側磨損量不同，進料一側磨損嚴重，磨損量為4.2 mm。主要是由於進料後，勻料器沒有來得及將物料分配均勻，就進入了擠壓過程。
jingweiguanmosunshixiaofenxibiaoming，youyuyuanliaoduiyagunbiaomianzhouxiangdemosun，yagunbiaomiancailiaodequeshishishixiaodezhuyaoyuanyin，zhuyaomosunxingshiweinianzhemosunhemolimosun，qixingmaoyourenwo、犁壟、犁溝等，表明原料中的矽酸鹽及沙粒、鐵屑等對壓輥表麵磨損嚴重。由於水蒸氣等作用，壓輥表麵出現泥狀花樣，導致壓輥表麵產生應力腐蝕裂紋。
原料粉碎前加除雜工序，將原料中摻雜的砂粒、鐵屑等除淨，防止對壓輥的非正常磨損。改變刮板形狀或安裝位置，使物料在壓製室均勻分布，防止壓輥受力不均，從而加劇壓輥 表麵的磨損。由於壓輥主要為表麵磨損失效，為提高表麵高硬度、耐磨損、耐腐蝕性，建議采用超音速火焰噴塗製備WC-12%Co塗層的表麵熱噴塗的方法，提高壓輥的使用壽命，同時磨損後的壓輥仍可修複再使用。
富通新能源生產銷售木屑顆粒機、秸稈壓塊機等生物質成型機械設備，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料。
