磨片是盘磨机的“心脏”部位，属于易损件。一般来说，生产上除了要求磨片具备较好的磨浆效果之外，也要求磨片必须具有较强的耐磨性能和抵抗一定冲击载荷的机械韧性，从而保持成浆质量的稳定，减少成浆质量的波动。因此探讨磨片失效的主要形式，并研制新型高耐磨的盘磨磨片是目前制浆造纸研究的一个方向。本论文主要探讨了采用稀土元素孕育处理、研制高耐磨、高性能的盘磨磨片及其生产应用效果。

    磨片的失效大致可以分成2种形式：正常磨损失效和非正常磨损失效，正常的磨损主要包括摩擦疲劳磨损、冲蚀磨损和磨粒磨损；非正常的磨损主要为磨片大面积断齿及磨片的碎裂。

1.1 磨片的正常磨损

    对于盘磨磨片的磨损而言，正常磨损失效主要有3种磨损形式：磨片的摩擦疲劳磨损、磨粒磨损和冲蚀磨损。

    l）磨片的摩擦疲劳磨损

    磨片的摩擦疲劳磨损主要是指纸浆纤维与磨片之间的磨损，纸浆纤维进入中浓磨浆磨区时，在一定的压力下与磨片进行反复摩擦，在磨片极薄的表层产生塑性变形，在受到比破坏静载荷小得多的剪切应力时，表面剪切层便萌生裂纹，并造成错位，使之分层剥落。

    2）磨片的磨粒磨损和冲蚀磨损盘磨磨浆过程中，磨片之间夹杂大量的硬杂质，如玻璃、砂石、铁钉等。这些杂质随着纤维流一同进入磨区，在磨片齿面形成摩擦。当硬质颗粒较大时，它就会卡在磨片齿间，在磨齿表面进行切削，“犁”出一条条沟来，在磨片上用肉眼就能清楚地看到一道道磨削出来的圆环。这种磨损称之为磨粒磨损。“犁”下来的小铁屑和其它的小硬质夹杂物又会随着浆料流高速湍流运动对磨片造成严重的冲蚀磨损，而脱落出来的坚硬的碳化物组织又形成磨片间新的硬杂质颗粒，磨损破坏磨片，导致恶性循环的发生。

1.2 磨片的非正常磨损

    对于盘磨磨浆而言，磨片的非正常磨损是不希望出现的！非正常磨损最直观的现象就是磨片大面积断齿、甚至破裂。

    磨片的磨浆区磨齿大面积断裂，从而导致磨片的整体报废。显然，这与操作人员及磨片进退的控制系统有关。为了有效的防止这类失效的发生，首先必须培训操作人员，使之掌握相关设备的使用知识、正确的操作原理和方法，熟练掌握正确的设备操作程序及应急处理措施。同时，还要对控制系统进行定期检查、维护和保养，保证设备的控制系统正常的工作状态。

本文研究采用的基体金属材质为低合金灰口铸铁。耐磨层采用较高含量的铬铸铁，添加适量特殊的稀土元素，进行孕育处理。采用特殊的铸造方法和加工工艺，使得磨片的工作齿面形成高硬度、高耐磨的金相组织结构，并在铸造过程中避免了金属液在定型时的翘曲现象，生成金相结构均匀、具有一定韧性的高耐磨层，铸造出新型高耐磨磨片。

2.1 生产使用检测

2.1.1 生产使用的原料及设备

    原料为该造纸企业生产中使用的国内废纸，盘磨为华南理工大学造纸与污染控制国家工程研究中心研制的ZDPM液压中浓盘磨机，功率为160kW，转速为1480r/min，生产能力为80-150 t/d。

2.1.2 生产工艺流程     

废纸→碎浆机→重质除渣器→压力筛→圆网浓缩机→磨前储浆罐→ZDPM中浓盘磨→磨后浆池。

2.1.3 生产检测方法 

在生产使用过程中，采用同样的原料，同样的工艺流程，生产同样定量和种类的纸张品种。磨片安装后，在正常生产使用过程中，每隔5天打开磨室检测磨片的磨损量，直至磨片失效，记录磨片的实际生产使用寿命。

2.1.4 磨片金相结构、硬度等的分析

    对待检测的新、旧型号的磨片采用线切割方法切取试样，采用SEM扫描电镜观察磨片齿面、齿和磨片基体结合部及磨片基体的金相结构，用71型显微硬度仪对磨齿区、过渡区和基体进行硬度测定。

2.2 稀土元素孕育处理研制磨片的耐磨性能

    通过对磨片耐磨损性能在生产企业中的在线检测研究，新研制的磨片与原有型号的冷硬铸铁磨片在同样条件下进行比较试验。

    与原有的冷硬铸铁磨片相比，采用稀土元素孕育处理研制的磨片表现出极为优越的高耐磨性能。原有磨片在生产使用为15d后，磨片的磨损厚度就达到3.13mm，而新型磨片在同样条件下使用15d后，磨片的磨损厚度仅为0.93mm；原有磨片使用寿命仅仅为21天，而新研制的磨片的使用寿命却长达54天，新型磨片的使用寿命是原有磨片的2.6倍。

    显而易见，对于杂质含量较多的废纸浆，稀土元素孕育处理研制的磨片也表现出了较强的耐磨性能，由此为生产上带来的好处是很容易理解的，磨片的使用寿命延长，首先是磨浆后成浆质量稳定，波动很小；其次，磨片更换次数减少，减少了工人的劳动量，提高了生产效率；第三，虽然磨片的生产使用寿命延长到原来的2倍多，但稀土元素孕育处理磨片的销售价格却仅仅比冷硬铸铁磨片高20％，具有较好的性价比。

2.3 稀土元素孕育处理磨片的金相结构分析及与冷硬铸铁磨片的比较

    对稀土元素孕育处理研制的新型磨片工作齿面层进行显微扫描观察，并与原有的冷硬铸铁磨片作对比，稀土元素孕育处理研制磨片磨齿的金相结构组织与冷硬铸铁的磨片有很大的差别：冷硬铸铁磨片磨齿组织为共晶莱氏体+珠光体，其共晶碳化物形状呈长方体形或长棒状分布，与金属基体组织界限分隔比较明显，所占比例约为55％，该种组织结构的脆性较强，金属铁素体和珠光体易于磨损，使莱氏共晶体失去金属基体的支撑，容易从齿面磨损掉，而磨损下来的共晶体颗粒又成为新的硬杂质，会进一步加速了磨片磨齿的磨损速度；稀土元素孕育处理磨片磨齿的共晶碳化物为M₃C+M₇C₃结构，类似菊花状辐射排列，共晶碳化物与金属基体的组织融合较好。这种结构的材质在受到磨损时，受共晶碳化物保护，金属的基体组织不易磨损，可保护脆性较大的共晶碳化物，从而表现出很高的抗磨损能力。

    稀土元素孕育作用主要表现为：

    l）稀土元素微小的固体质点提供了异制质晶核，或在结晶界面上偏聚，阻碍了晶胞的长大，因而使得共晶碳化物细化，从而细化初晶奥氏体枝晶，使共晶碳化物呈辐射状均布，而不是呈脆性较大的整块状存在。

   2）稀土元素能改善夹杂物的性质、形态和分布，强烈脱氧和脱硫而明显净化铁液，锐化晶界，减少共晶碳化物的聚集。使M₃C或M₇C₃由连续的网状变为断续的辐射状分布。这种结构分布使得基体金属仍然保持一定的机械韧性。

   3）采用稀土元素可以改善处理效果，如：铝能脱氧、减少稀土的消耗，镁蒸汽气压高，反应强烈有利于搅拌铁液，使效果更加显著。

    1）中浓磨浆磨片的失效方式主要为：正常磨损失效和非正常磨损失效。正常磨损主要包括：磨粒磨损。冲蚀磨损和摩擦疲劳磨损；非正常磨损主要为：磨片大面积断齿和磨片的碎裂；

    2）与原有的冷硬铸铁磨片相比，稀土元素孕育处理磨片的耐磨性能大大提高，磨损寿命是原有磨片的2.6倍，而价格却仅是原有磨片的1.2倍，综合性价比优越；

3）通过对2种磨片磨齿金相结构组织SEM扫描分析，稀土元素孕育处理磨片中的M₃C+M₇C₃结构的共晶碳化物是其具有高硬度、高耐磨性能的主要原因。