摘要：本文在对分级机工况条件与工作原理进行分析的前提下，选择高铬铸铁代替原使用的灰铸铁作为分级机叶片材料，并通过试验研究了高铬铸铁叶片的成份、组织和性能。主要内容有：对分级机叶片进行受力和失效分析；确定高铬铸铁的成分、熔炼、铸造及热处理工艺，浇注试样；探讨了不同热处理工艺下，试样基体组织和碳化物的变化及其对试样力学性能和耐磨性的影响；通过金相观察、X射线衍射分析、能谱分析、洛氏硬度实验、冲击韧性实验、耐磨性实验、磨损试样的磨损面观察和冲击断口观察研究试样组织与性能之问的关系；确定 热处理工艺，制取叶片，并投入工艺性实验。
高铬铸铁叶片最终确定成分为：碳3.0%、铬14.0%、硅1.3%、锰1.3%、钒0.1%、硫，磷 0.05%。在本实验温度范围内，850度正火+回火态试样具有 综合力学性能。实验结果表明：高铬铸铁叶片成分中加入的钒对组织有很好的细化作用；叶片材料在铸态下基体组织中就出现了大面积分布的屈氏体，正火后基体组织向更多的屈氏体分布发展，同时基体中残余奥氏体量增多，试样硬度降低，冲击韧性提高，断裂类型由脆性断裂变为准解离＋韧窝混合断裂；回火后残余奥氏体量减少，残余奥氏体量在21.57%时，合金材料耐磨性 。此外，本文将在叶片底部出现的粒状珠光体组织与叶片顶部、中部出现的层片状珠光体组织进行比较，并对前者形成原因及其对性能的影响进行了研究。研究结果表明：基体宏观偏析是粒状珠光体形成的主要原因；粒状珠光体的硬度和冲击韧性均优于层片状珠光体，但耐磨性较差；在本实验温度范围内，随着正火温度提高，珠光体球化更完全。900℃正火试样珠光体球化完全，但耐磨性较差，850℃正火试样拥有 耐磨性。
关键词：分级机叶片；高铬铸铁；组织与性能
磨矿、分级作业广泛应用于矿业、建材、化工、冶金、材料等工业领域。就矿物加工领域而言，除个别砂矿外，所有选矿厂都有磨矿分级作业，因此它是最普遍、最通用的生产工序。在选矿厂中磨矿分级作业的基建投资占60％＇－＂80％。生产费用占选矿成本的50％—70％，因此改进磨矿分级设备和技术具有很大的经济和社会效益，国内外对此都非常重视。分级是对相同密度的固体颗粒按其粒径差异做两种或两种以上级别的分离，即粒度调整。分级可在重力场中进行，也可在离心力场中进行，其中干法分级机大多采用惯性力场或离心力场的空气分级机。如表1-1所示。
一般与干式粉碎设备如高速机械冲击磨机、振动磨机、气流磨、雷蒙磨等配套，是目前发展较快的重要精细分级设备。湿法分级机有重力沉降式和离心式水力分级机，如螺旋分级机、小直径水力旋流器等，一般与湿式粉碎设备如球磨机、搅拌机、振动磨等配套使用。
1)与磨矿作业构成闭路作业，及时分出合格粒度产物，以减少过磨。
2)在某些重选作业(如摇床选、溜槽选等)之前，作为准备作业，对原料进行分级，分级后的产物，分别给入不同设备或在不同操作条件下进行分选。
3)对原矿或选后产物进行脱泥或脱水。
4)在实验室内，测定微细物料的粒度组成。
湿式分级(又称水力分级)是根据矿粒在运动介质中沉降速度的不同，将粒度级别较宽的矿粒群，分成若干窄粒度级别产物的过程，常用的分级设备包括水力旋流器、细筛、风力分级机和螺旋分级机等，这些分级设备各有其特点和优、缺点。
水力旋流器 的优点是结构简单、处理量大、影响作业指标的因素可根据需要调节。国外有关选矿厂几乎均选用水力旋流器作为磨矿回路的分级设备，但水力旋流器用作磨矿回路的分级设备也有其局限性及缺点：需用砂泵加压给矿，因此动力消耗大；影响指标的因素多，例如结构参数及操作参数(给料性质、浓度、粒度、压力、流量等)的变化均影响分级指标变化；无滞后作用(与螺旋分级机相比，)、反应快，因此必须采用自动控制。变径水力旋流器、水力旋流器中流体运动规律及其力学特性与水力旋流器内截面的曲率半径密切相关，分级粒度从2微米到250微米；复合力场水力旋流器适合磁性物料的分级、选别作业东北大学与鞍钢齐大山矿研制的磁力水力旋流器也获得较好的指标。
从60年代末以来国内外开展了细筛分级的研究美国明塔克铁矿选矿厂最初在磨矿回路中曾试验用击震细筛分级，70年代初改用德瑞克(Dｅｒｒｉｃｋ)公司研制的德瑞克高频细筛，取得很好的 这种振动细筛的关键部件有3个：①K形激振电机。高频转动(3000～3600ｒ／ｍｉｎ)，采用密封、高质量油的自润滑方式；②筛网。由特殊耐磨合金编制而成，筛孔尺寸0.111－－0.292ｍｍ，筛子振幅乱1.0ｍｍ；为了防止堵塞，采用3层筛网，上层为主筛网，中间为防堵筛网，下层为支撑筛网；③给矿器。保证物料均匀、连续、平整地铺满三路筛面上。1983年我国江西伊春钽铌矿曾引进2台德瑞克筛用于处理250ｍｒｎ水力旋流器脱泥后沉砂，也取得了较好 。国内一些选矿厂于80年代也进行利用直线振动筛代替螺旋分级机、水力旋流器或与其组合适用的研究。与此同时也开展了高频振动细筛的研究。长沙矿冶研究院研制成功了GPS型高频振动细筛。这种细筛总体来看与德瑞克相似，但振动部分及筛网有改进。东北大学研制的GPS2800X1680型高频细筛在歪头山铁矿进行了工业生产试验并通过工业鉴定。
风力分级通常有三种方法1161：①淘洗。即利用空气洗涤方法进行分离和回收，一般用于大量生产。把物流引入一定流向的气流中，气流使细颗粒克服重力上升到细粒的收集器。粗颗粒由于太重，无法被气流带走而进入粗粒收集器。通过一个固定大小的淘洗器，增大或减小器流量，空气流速就会随之增大或减小。这样以来就会改变气流的流速和压力，作用于颗粒上的压力则会变化，从而改变分级点；②自由涡流。气流沿切线方向进入分级室，粗颗粒被抛向分级室的外层并被送入粗粉收集室；细颗粒被送入细粉收集室，改变叶片角度和流量，可控制产品粒度；③强制涡流。高速旋转叶轮的叶片，可用于强制或诱导空气环形运动。在此气流中给料使粗颗粒被抛向分级室的外层并被送入粗粉收集室：细颗2粒被送入细粉收集器。要获得精细分级，不仅应改变气流量，而且要改变叶轮转速，增大或减小叶轮转速会使作用于颗粒E的离心力发生变化，使分级分离粒径发生变化。
双螺旋分级机广泛适用于选矿厂中与球磨机配成闭路循环程分流矿沙，或用在重力选矿厂中来分级矿砂和细泥，及金属选矿流程中对矿浆进行粒度分级，及洗矿作业中的脱泥、脱水等作业。该机具有结构简单、工作可靠、操作方便等特点。分级机是借助于同体颗粒大小不同，比重不同，因而在液体中的沉降速度不同的原理.细矿粒浮游在水中成溢流出，粗矿粒沉于槽底。由槽底向上部排出，来进行机械分级的一种分级设备，能把磨机内磨出的料粉级于过滤，然后把粗料利用安装叶片的螺旋片旋入磨机进料口，再把过滤出的细料从溢流管子排出。法机底座采用槽钢，机体采用钢板焊接而成。螺旋轴的人水头、轴头、采用生铁套，耐磨耐用，提升装置分电动和手动两种。针对我国选矿厂生产实际情况，直径D≤36ｍ的磨机能与螺旋分级 成自流连结、生产平稳可靠。因此除要求磨矿产品粒度很细者8b(C－200目＞90呦，采用螺旋分级机仍为较有优势的方案。
双螺旋分级机叶片具有清理浆料的作用，在工作的时候需要承受研磨体与物料的冲击和磨损。随着物料粉磨技术的快速发展，分级机趋于大型化，对叶片材料的性能提出了更高的要求，如何提高其耐磨性是广大材料工作者 研究的课题。目前广泛应用的叶片主要有4大类：①高锰钢叶片；②低、中合金耐磨钢叶片；＠荻铸铁叶片：④合金自口铸铁叶片“％1。
(1)高锰钢叶片
高锰钢从发明至今一直是矿山、公路、铁路、建材、化工、冶金、磨料生产等行业的主要耐磨材料。其主要特点是具有良好的韧性.能承受强烈的挤压和冲击，并在挤压和冲击过程中产生硬化而发挥出良好的抗磨损特性。与其它耐磨材料的一个显著区别是，受力并产生塑性变形是高锰钢获得高硬度的前提，其塑变前的硬度很低，塑变后具有很高的抗冲击性和耐磨性，但对冷脆应变较敏感。因此，服役过程中的加工硬化是导致高锰钢耐磨损的最主要机制，这就要求高锰钢应该使用于具有较强烈的挤压或冲击的工作环境中。实验证明位01大应力、高冲击环境中使用的高锰钢耐磨性明显高于小应力、低冲击环境中工作的同材质工件，如同样的挖掘机斗齿在南方山区复杂地质环境中工作表现出良好的耐磨性，而到北方松软土质中高锰钢的优势则完全丧失。因此，分级机叶片材料采用高锰钢时，往往不能使高锰钢的耐磨性得到真正发挥。
(2)低、中合金耐磨钢叶片
低、中合金耐磨钢是以硅、锰为基础，加入铬、钼、镍以及其它微量元素而发展起来的，具有一定的韧性，在低、中冲击载荷下的耐磨性优于高锰钢，但存在淬透性和淬硬性低的缺点K211。
(3)灰铸铁叶片
灰铸铁作为传统的金属材料在铸造生产中历来都占有重要的地位。由于灰铸铁具有优越的铸造性能、良好的切削性能和较为简单的生产工艺，因此它被广泛应用于各个领域。灰铸铁摩擦阻力小、磨损小，强度、耐磨性、耐蚀之间有很好的配合。金堆城目前采用灰铸铁作为双螺旋分级机叶片材料，但在螺旋分级机中使用的灰铸铁叶片工作寿命仅为2-3 .难以达到工厂的性能要求.
(4)合金白口铸铁叶片
普通白口铸铁具有生产工艺简单、生产 的特点，它是传统的抗磨材料之一。但它的组织是典型的莱氏体，这就决定了它具有韧性差，脆性大和耐磨性差等缺点，使得它的应用范围受到限制。合金化是改进白口铸铁使用性能的有效方法，向白口铸铁中加入镍和铬，制成镍硬铸铁，经过适当的热处理可以获得较好的抗冲击疲劳能力和高的硬度。然而我国的镍资源较缺乏，致使大范围推广镍硬铸铁的应用变得不现实。
近年来，国内外的研究者对于铬在铸铁中的作用做了大量的研究实验在此基础上研制开发出多种不同含铬量的白口铸铁，从而形成了一个独立的白口铸铁分支——铬系白口铸铁。高铬白口铸铁20世纪30年代先后在美国、英国研制成功，其含铬量在11～28％之间，共晶碳化物为六方晶系的MC，型。普通白铸铁凝固时，共晶碳化物MC是连续的，奥氏体是孤立的。而高铬铸铁凝固时所形成的共晶碳化物M7C，型为孤立相，而奥氏体是连续相，这就大大地减弱了高硬度抗磨相对基体的割裂或脆化作用。如果使用这种材料作磨球可以降低球耗和电耗，提高产量和细度，深受企业欢迎眩卵。由于铬的加入，有效地改变了白口铸铁的组织和性能，显著提高材料的抗磨能力。从世界范围来说，铬资源并不缺乏，且价格适中。与其他合金白口铸铁相比，铬系合金白口铸铁的性价比颇具吸引力，因而已经成为目前国内外广泛应用的耐磨材料。铬在白口铸铁中的作用主要体现在以下两个方面：①促进碳化物形成，改变碳化物结构、性能和形态；②固溶于奥氏体中，改变奥氏体相变性质。人们利用这两方面作用，获得各种预期金相组织，以满足各种抗磨零件的技术要求。
为适合我国大多数用冲天炉熔炼白口铸铁的特点，国内发展了低铬白口铸铁在普通白口铸铁中加入CR形成低铬白口铸铁。低铬白口铸铁的化学成分根据零件使用的工况条件，可作相应的调整。低铬白口铸铁生产工艺简单，价格低廉，抗磨性较，但因其组织中有大量的网状碳化物而致使在对材料强度要求较高的场合下很难被采用。低铬白口铸铁一般以珠光体状态使用，因此其碳化物类型、数量、形态和分布是很重要的参数。与普通白口铸铁相比，碳化物由莱氏体中的普通渗碳体Fe3C变为合金渗碳体(F,Cr)３C，维氏硬度也由840HV增加到1000HV，碳化物形貌也有所改善。低铬铸铁的化学成分通常要根据零件的使用工况作适当的调整。目前应用较为成熟的低铬铸铁成分范围是：2.4%—3.2%。
含铬量在6％～10％的中铬铸铁，其碳化物的类型具有双重性，即由M7C3型和M3C型组成，随着铬含量的增加，碳化物中网状结构的M3C比例减小，而共晶碳化物趋向孤立状的M7C3碳化物。中铬铸铁的化学成分要根据基体情况来确定，想获得符合使用要化学成分，就需要综合考虑不同类型碳化物量相对增加，碳化物硬度和形态相应得到增加和改善，将提高铸铁韧性和耐磨性。另一方面，高SI含量会降低铸铁的淬透性，含碳量较低时又会减少碳化物量，降低铸铁的磨性，因此需综合考虑元素的影响铬铸铁一般要经过热处理后才投入使用，所采取的热处理工艺与高铬铸铁相似。
高铬铸铁是以Fe、Cr、C为基本成分的合金，图1—2是Fe、Cr、C液相面图，利用此图可以预计出刚刚凝固后的铸铁所具有的组织。图1-3是Fe、Cr、C系室温切面图。从上述两图可以看出，刚凝固下来的高铬铸铁中基体是奥氏体，这种奥氏体在加热至高的温度下才是 ，而且被Cr、C等元素所饱和。当温度降低时，奥氏体将发生转变。对于凝固后的碳化物类型，从图1-3的Fe、Cr、C系室温切面图可以看出：高碳低铬时，容易出现M3C型碳化物；低碳高铬时，容易出现M4C；碳和铬配合在三角区，则可以得到M7C3。工业上应用的高铬铸铁含碳量一般为2%高铬铸铁作为公认的第三代抗磨铸铁，具有优良的耐磨性能和抗氧化性能，在各行各业中使用已愈来愈广泛，尤其是在冶金工业上，为充分合理地发挥各种合金元素在高铬铸铁中的作用，合理地对各种素进行应用，研究各种合金元素对高铬铸铁在各种状况下性能的影响具有重要意义高铬白口铸铁按基体组织可分为马氏体基体高铬铸铁、贝氏体基体高铬铸铁、屈氏体基体高铬铸铁、奥氏体基体高铬铸铁，可分别用于不同的工况条件。
a、马氏体基体高铬铸铁
马氏体有很高的硬度，抗磨能力较强。为了获得马氏体组织，铸件冷速应高于珠光体转变和贝氏体转变的临界冷速，在连续冷却条件下，马氏体转变50％的温度至少应高于室温。高铬铸铁在较高温度进行等温处理时，碳与铬可由奥氏体中脱溶，形成弥散分布的二次碳物。由于二次碳化物中的碳铬浓度远高于固溶体，碳化物析出和奥氏体中的碳铬浓度相应降低，Ms点得以升高，而奥氏体的铬浓度仍足以维持较低的临界速度，高铬铸铁经过等温处理后，用油或其他淬火介质淬火可以获得以马氏体为主体的基体组织。
b、奥氏体基体高铬铸铁
奥氏体的转变产物对白口铸铁的力学性能有很大影响。奥氏体基体高铬白口铸铁具有很强的加工硬化特性，在较大的冲击载荷作用下，硬化深度可达5mm，且在使用过程中基本无剥落和破碎现象，表现出韧性与抗磨性的 配合。与马氏体基体高铬白铸铁加工硬化后的表现相反，奥氏体基体高铬铸铁中的奥氏体可以达到逐层硬化，逐层磨损的 ，其机理与高锰钢相似。
c、贝氏体基体高铬铸铁
浙江大学于20世纪70年代开始研究贝氏体基体的白口铸铁技术。在普通高铬白口铸铁加入提高淬透性元素Mo、Cu、V、W等，采用金属型铸造，冷却过程选择避免形成明确确一硝方六珠光体的临界冷却速度，以使奥氏体稳定地过冷到贝氏体转变区从而在铸态下获得贝氏体基体加M7C3型共晶碳化物组织。贝氏体高铬铸铁的特点是组织细密、显微硬度较高、对碳化物的支撑能力强，也有一定的加工硬化现象，加工硬化深度为2-3mm，表面硬度值可提高4mm，组织为贝氏体时可获得耐磨性及冲击疲劳性能的良好配合。屈氏体基体高铬铸铁在高铬白口铸铁中，屈氏体组织是一种良好的耐磨基体。屈氏体是介于索氏体和贝氏体之间的转变产物，具有高的强度和好的韧性。以屈氏体为基体的高铬白口铸铁特点是整个接触面硬度均匀一致，对碳化物具备始终如一的支撑基础，使材料在整个使用过程中均匀磨损而不会出现早期失效和变形。由于屈氏体属于珠光体类型组织，冲击韧性较高，作磨球时球的破碎率几乎为零Ⅲ1。对于抗磨料磨损材料而言，基体的选择是重要的，屈氏体是片间距非常细小的珠光体，它是一种强韧性基体，对碳化物具有镶嵌与支撑能力。通常铸态下屈氏体高铬铸铁整体硬度可50-56HRC。在磨损初期屈氏体本身可承受一部分磨损，因而可有效地避免碳化物过早地暴露以致剥落或折断。东乡铜矿1997年引进河北工大屈氏体高铬铸铁球的生产技术，年磨球生产能力9000T。郑州铝厂、小寺沟铜矿、永平铜矿、乡铜矿、东荒裕金矿及水泥行业使用也证明，屈氏体高铬铸铁球具有耐磨、破碎率低的优点(小于2％)，能使磨矿石的磨球单耗成本明显降低。
材料的磨损总是发生在与外界物体接触并有相对运动的机件表面，这是一种在机械力的作用下(部分磨损过程受电及化学作用影响)表面材料逐渐脱离母体，导致机件表面形状、尺寸、组织和性能不断变化，材料不断损失的过程。磨损现象纷繁复杂，但都是一个“磨屑＂脱离本体的过程，从磨削形成过程的观点来说，大体分四种磨损类型：
(1)磨料磨损：由于硬颗粒或突出物的作用而造成物料迁移所导致的磨损。
(2)粘着磨损：两个光滑的金属表面在压力下作相对滑行时，界面上的实际接触面极可能结合起来而形成粘着，这些粘着点不断破裂，断裂可能发生在结合面处，也可能发生在本体的突出部位，这就使某一表面上产生脱离了本体的金属磨屑。
(3)腐蚀磨损：在腐蚀条件下，金属表面形成一层腐蚀产物，在有相对滑行时，这层腐蚀产物将被磨掉，使金属受到继续的腐蚀和磨损。
(4)表面疲劳磨损：这种磨损是由于多次反复的加载和卸载而导致在接触面上以及接触面的皮下形成垂直于或平行于接触面的疲劳裂纹，这些裂纹的扩展以及相互交割，可能使金属表面开裂，以致剥落。在这些种类的磨损中，磨料磨损是最主要的磨损形式。在所有的业磨损中一半以上的磨损实质主要是磨料磨损，它导致了人力、能源和材料的大量消耗。人们越来越认识到对磨料磨损、抗磨材料及磨料磨损机理研究的必要性和迫切性。近８绪论年来，国内外抗磨材质的发展取得很大进步。
1.5.1磨料磨损
分类磨料磨损是最常见的磨损形式，在工农业生产中，磨料磨损现象几乎是随处可见。由于磨料磨损产生于不同的工况，摩擦系统所处的环境各异，磨损过程是复杂和多样的，影响磨损的因素很多，根据磨料对于机件的作用方式，许多人曾经对磨料磨损进行过分类。美金属学会的分类“踟是：
(1)高应力凿削磨损：所谓高应力是指磨料在与工件接触时产生的应力已经超过了磨料本身的破断强度。在此情况下，磨粒接触处集中的压应力，使金属表面收到切削并产生塑性变形和疲劳以及硬质相的开裂而造成材料磨损。
(2)低应力划伤磨损：是指磨料本身的强度超过磨料与工件之间的接触应力，在磨损过程中磨料不发生破碎的情况。磨料一般沿工件表面平移，金属表面被划伤，但由于正向压力较低，划痕较浅。双螺旋分级机叶片工作时叶片表面受到矿渣的磨损属于典型的湿式低应划伤磨损。
1.5.2磨料磨损形成机制
磨料磨损与其他磨损形式在形成机制方面有显著的不同，发生磨料磨损时，材料首先受磨料切削，并发生塑变和疲劳现象，形成切削，最终从表面除去。在不同工况下，磨料可能沿不同方向与工件表面接触。也就是说，磨料可以从不同方位施力于工件表面，这种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。法向力迫使磨粒压入工件表面，产生压坑。切向力则使磨粒沿工件表面移动，并在表面留下切削沟槽，塑性较好的材料沟槽侧面的金属发生塑性流变，形成唇状凸边。但不是所有磨料都能在工件表面产生切削作用，据实验结果推算得到的数据，在松散的磨粒中，大约只有10％的磨粒在工件表面产生切削作用，其余的磨粒在工件表面滚动，如果金属性质较脆，沟槽中被切削的材料可直接脱离材料表面，形成磨屑。而初次被切削的塑性金属大部分形成唇状凸边，由形变产生的唇状边中，金属组织和性质发生很大变化，塑变区可能发生形变硬化、型变热导致的相变(淬火、回火、回复再结晶等)、金属织构变化、内应力增加等一系列足以改变材料性能的变化，同时还会发生吸附在工件表面的氧原子向塑性流变区扩散。随着上述现象的出现，塑变材料硬化，脆化。当磨料与工件表面塑变区继续反复作用，将把已发生塑变的材料压平。这说明工件表面连续不断发生反复塑变，可使材料的形变硬化加强，弹性极限提高，脆性益愈增加。晶体内部点阵过度畸变，出现位错塞积群或位错密度有显著差异的胞状结构。最使材料脆化，不可能进一步发生塑性变形和吸收外来能量的程度。此时，材料的最薄弱部分接替，形成磨屑，脱离母体。对于塑性材料(或金属组织中某些塑性较高的部分)来说，这种反复塑变导致材料脆化、断裂的机制已被大部分研究工作者所接受。也有人提出磨屑生与材料的低周期疲劳破坏ｍ1。低周期疲劳破坏是指材料周期性地承受超过弹性极限的反复应力后，短期内出现的破坏现西安理工大学硕士学位论文象，其实质与上述机制相似。
1.5.3影响磨料磨损的因素
磨料硬度对工件的磨损量有显著影响。一般来说，在相同的工况下，较硬的磨料能使工件产生较大的磨损量。磨料磨损产生的过程中，磨料或大块磨料的表面凸出部分压入工件表面，并在表面层移动。如果磨料的强度不能抵抗外力而破碎，磨粒尺寸减小，外形改变(一是棱角更趋锐利)，磨损率将随不同的因素而变化。磨粒的形状对于金属的磨损率也有影响。如果磨粒是多角形，棱角 的曲率半径则是影响工件磨损的重要因素。 曲率半径大的磨粒易于切削金属，而且压入金属表面的深度大，提高材料表面的塑性变形程度。而 曲率半径小的磨粒，压入深度小，压入部分的材料可能保持在弹性变形的范围内。这种不同的形变特点，对金属的磨损量有明显影响。当磨粒与材料发生水平切削运动时，多角形前端刃缘与磨粒前进方向之间的夹角，常称前角，对磨屑的形成有一定的影响。这一点与金属切削刀具切削金属的情况有类似之处。前角较大的磨粒前进时，对材料主要产生挤压作用，犁沟中的金属大部分以流变的方式排出沟槽，小部分发生弹性变形，很少形成一次切屑。只当角小于临界值(根据材料性能不同而有变化，在300-900范围)时，磨粒以楔入方式进入材料表面。当剪切应力超过材料剪切强度以后，材料发生断裂，形成磨屑。磨屑的形成会使材料磨损量增大。磨粒在垂直于前进方向的截面形状对其磨损能量也有影响。假设磨粒压入材料的部分的界面是圆锥形，当磨粒向前移动时，在锥角较大的磨粒两测的金属大部分发生塑性流动，形成带有唇状凸边的沟槽。反之，如果，锥角较小时，形成不带唇状凸边的切削沟槽的几率大大增加，磨损大部分以排出一次切屑的形式损耗。当然这种现象还与金属材料的机械性质有关，脆性材料更易形成切削沟槽。综上所述，磨粒的形状、尺寸以及磨料与工件金属相互作用的方向有密切关系。矿物、岩石一类的磨料一般属于脆性材料，在与工件相接触过程中都会发生断裂、破碎。由于岩体的解理特征、风化程度、内部物相的结合方式与强度有所不同，破碎后形成的磨粒尺寸、形状、表面形貌均有差异。在工业实践中，观察磨粒外形有助于预测和控制磨损量巧。
螺旋分级机的外形是一个矩形斜槽，槽底倾角为120-18.5。，底部呈半圆形。槽内安装有1或2个纵长的轴，沿轴长连续地安置螺旋形叶片，借上端传动 带动螺旋轴旋转，见图2-1。
如为双螺旋，从上部来看螺旋叶片均是向外转动。矿浆由槽的旁侧给入，1-螺旋；2一分级槽；3一螺旋轴；4一轴承；5一传动装置；6一螺旋提升 ；7一进料口；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级面。粗颗粒沉到槽底后被螺旋推向上方排出，在运输过程中同时进行脱水，未及沉降的细颗被表层矿浆流携带经溢流堰排出。在分级槽下端有一个框架，框架的上部横梁设有提升装置，用以调节螺旋叶片距槽底的距离，并在停车时将螺旋轴抬起，以防止矿砂沉积埋住螺旋叶片。螺旋分级机分级液面的高低又可分为高堰式和浸入式(或称沉没式)两种。高堰式分级机的溢流堰高于下端螺旋轴的中心，而低于螺旋叶片的上缘。分级液面的长度不大，液面可直接感受到螺旋叶片的搅动作用，故适于粗级分级作用，分级粒度多在0.15mm以上。浸入式分级机的下端螺旋叶片完全浸入在液面以下，分级面积大而平稳，适于细粒级分级，分级粒度在0.15mm以下。它的溢流生产率较高。此外还有一种低堰式螺旋分级机，其分级液面低于下端螺旋轴承，液面很小，搅动作用大，主要用于含泥砂石的洗矿。
2.1.1叶片失效分析
生产实践中，螺旋分级机叶片的常见失效形式有磨料磨损失效和脆裂失效两种。其中脆裂属于不正常的失效形式。下面对螺旋分级机叶片的失效形式进行说明与原因分析：
(1)磨料磨损失效此种失效为正常磨料磨损失效。叶片在工作过程中，与矿石这样的大块磨料相接触，西哥理工走学硕士擘位论文在长期的冲击与碾磨过程中，叶片逐渐磨损变小，直至尺寸不在满足币常工作要求。
(2)脆裂失效由于抗磨件在工作过程中所受的冲击是难以预料的.因此，有时候也会出现脆裂失效。脆裂失效的原因大概有以下几点：①在外力的作用和温度等的影响下，使片内部应力增加，井沿碳化物产生裂纹，从而导致叶片脆裂失效。⑦如果铸件在热处理过程中，产生微裂纹，工作中这些微裂纹就会扩展而出现破碎失效。③分级机中进入螺栓等金属物件，卡住叶片，使叶片受力过大而产生断裂失效。倒22是叶片脆裂失效和磨损失效形貌。
高铬铸铁是最重要的耐磨材料之一，适用于各种低应力磨料磨损的工况条件，广泛应用干机械、冶金、采矿及矿产品加工等行业。近年来，各工业国家都很重视对高铬铸铁的研究工作，以期充分利用其优异的耐磨性能。高铬铸铁耐磨件，在我国也应用很广。随着矿业和冶金行业的迅速发展，对高铬铸铁件的需求增长。目前，年产量大约超过50 吨，不仅供国内各行业使用，也有相当数量的铸件出口。作为新一代抗磨材料.高铬铸铁正在越来越广泛的领域内取代传统的高锰钢而成为抗磨粒磨损的优质材料。尤其在磨料块度小而硬度高的场合下，如粉碎水泥熟料、制备石英砂、分级选矿等工况下更成为一种 材质，并被广大相关工业界所接受分级机中的叶片，是合金抗磨自口铸铁用得较多的磨损零件。被磨材料有金属矿石、煤、耐火材料和水泥等。在碾磨这些材料时，包含了许多不同的环境条件，例如有干的磨料，腐蚀，冲击疲劳等。条件虽然各异，但共同的要求是：抗磨件都要有足够的抗磨性和抗破碎零叶片失效分析能力。本课题紧密结合金堆城钼业公司生产实际中存在的问题，利用高铬铸铁替代原有的灰铸铁作为分级机叶片材料，并通过合理的合金元素配比和热处理工艺设计，使新合金材料的硬度、冲击韧性和耐磨性达到良好的配合，达到工厂的性能要求，延长分级机叶片的服役寿命。此外，还通过分析材料的微观组织与结构，找出微观组织与硬度、韧性、耐磨性等宏观性能的联系，综合起来对材料的设计开发提供理论指导。
2.2.2研究意义
随着生产的需要、科技的发展，新材料的设计与开发已成为一个越来越重要的课题。新材料的研究，各种材料的快速更新、取代，对未来经济的发展是至关重要的。高铬铸铁作为一种优异的耐磨材料，广泛应用于各种抗磨料磨损的场合。本课题的研究意义主要有以下几点：
(1)在不提高生产成本的前提下，开发一种主要用于螺旋分级机叶片的合金高铬铸铁材料，这种铸铁耐磨性有较大提升，应用更加广泛。可大范围取代灰铸铁作为叶片材料，并可直接应用于生产实践，具有显著的经济效益和战略价值。
(2)从微观组织构成的角度分析材料的组织与各项性能之间的关系。为耐磨材料研究提供新的思路。
(3)从微观角度研究热处理对基体类型与结构的影响，并找出不同热处理条件对材料组织和相结构的影响规律，及由此对力学性能和耐磨性产生的影响。为耐磨铸铁材料设计提供理论指导。
及实验方案碳化物形态、分布状况、数量等对高铬铸铁的使用性能有显著的影响。为了改善高铬铸铁的性能，国内外的材料工作者围绕着如何改变碳化物的形态和分布上开展实验研究。但在实验研究的过程中还应意识到，选择合适的基体组织对改善材料的抗磨能力也有一定的作用。越来越多的实验研究表明，合理的搭配合金元素可以使高铬铸铁为理想的组织和性能。
C,Cr铬与碳是高铬铸铁中两种重要元素。提高含碳量能增加碳化物含量，提高铸铁的硬度，改善材料的耐磨性，但过高的碳量会使铸铁的韧性降低，选择铸铁成分时一般要同时考虑碳和铬的配合，以保证铸铁成分为亚共晶成分。当选择接近共晶点的亚共晶成分时，铸铁熔点，流动性好，不易产生缩孔、缩松缺陷。易获得质量高的铸件。
提高铬的含量，也有助于提高碳化物的数量。当含铬量大于百分之十到百分之十二时，碳化物的形态从MC转变成M7C3，工艺上常用整碳的含量来改变碳化物的含量。在实际生产中，铬一般要和碳合理的搭配使用，以达到提高铸铁硬度的韧性的目的。由于本课题中分级机的工作环境存在腐蚀，铬的加入，一方面有利于耐磨性的提高，另一方面形成钝化膜，提高基本的电极电位，有利于耐蚀性的提高。在腐蚀磨损的条件下，铬是耐磨蚀材质的主要元素。
高铬铸铁中铬与碳的比值，对组织和性能有很大的影响。大于五就能获得大部分的M7C3型碳化物，同时比值越高，铸铁的液透性也增加，随着比值的增加，共晶碳化物的形猫经历了连续网一片一杆等连续程度减小的过程，共晶碳化物的类型也经历一个变化过程，会提高铸铁的韧性。此外基本晶粒会随着比值的增加变得细小。
