引言
    苜蓿草粉制粒時環模的機械磨損大，壽命只有壓制配合飼料時的1/4．磨損是環模失效的主要原因。目前，國內外關于農業機械的摩擦磨損性能研究主要集中于土壤對金屬材料摩擦磨損性能的研究，而以植物材料為磨料的軟磨料磨損研究較少。
    已有研究表明，軟磨料與硬磨料的磨損作用實際是相對的，材料的耐磨性不僅取決于材料的硬度，更主要取決于材料硬度Hm與磨料硬度H的比值，當Hm/Ha超過1.3以后，一般稱之為“軟磨料磨損”。以牧羊MUZL - 420型制粒機為例，草粉的硬度與壓輥、環模的硬度相比可以忽略不計，因此環模、壓輥與草粉的磨損屬于三體軟磨料磨損問題。本文模擬三體磨料磨損系統來考察苜蓿草粉對金屬材料磨損性能的影響，初步探究其磨損機制，富通新能源銷售環模苜蓿制粒機、木屑顆粒機等生物質成型制粒設備。
1、試驗材料與方法
1.1試樣和磨粒制備
    試樣選用農業機械制造中常用的材料：未經熱處理的45號鋼、3Cr13、9SiCr和HT200，試樣規格為57 mm×22.5 mmx 6mm。磨料為甘農三號紫花苜蓿，自然風干，經粉碎機粉碎成顆粒尺寸為6 mm的草粉，磨料組成的質量分數為：粗蛋白17.39%、水分7.65%、粗纖維25.06%、粗灰分8.98%。
1.2試驗設備與方法
    選用與環模制粒工況相似的MLS - 225型濕砂橡膠輪式磨料磨損試驗機，橡膠輪直徑110 mm、寬10 mm，硬度為50HRA。負荷為40.5 N，橡膠輪的線速度為0.58 m/s．磨料流量為50～80 g/min。每一磨程的時間為2h，進行5個磨程，即總磨程的時間為10 h。采用精度為0.1 mg的分析天平稱取試樣磨損前、后的質量，計算其磨損失重，用掃描電子顯微鏡( SEM)觀察磨痕表面形貌，用2206型表面輪廓儀測量磨損面的體積磨損，并采用KEVEX型X射線能量色散譜儀分析其組成元素。
2、結果與討論
2.1磨損累積質量損失試驗結果及分析
    試驗結果如表1所示。由表可見，4種材料的平均磨損質量損失由小到大依次是3Cr13、9SiCr、45號鋼、HT200。
2.2試件磨損前后硬度比較
    試驗中硬度值均是3點平均值，試驗結果如表2所示。在磨料磨損作用下，通常金屬表面發生塑變強化，大部分區域硬度增加。但從表2知，4種材料磨損前后硬度未見明顯變化。
2.3體積磨損量
    采用2206型表面輪廓儀測量4種材料磨損表面最大磨痕的體積磨損，即試樣的磨損體積損失。由于試驗材料的密度有差別，采用質量損失計算磨損量就有誤差。因此，在比較不同種類材料的磨損量時采用體積磨損量更符合實際要求。
    4種試樣的測量總面積均為17.3 mm×4.84 mm,測量深度據磨痕實際情況而定，如表3所示。4種材料的體積磨損量由小到大依次是3Cr13、9SiCr、45號鋼、HT200。
2.4磨損表面化學組分的變化和形貌分析
    采用KEVEX型X射線能量色散譜儀分析其組成元素。分析前用工業酒精擦洗干凈待分析表面，在同等條件下對比材料未磨面和磨損面的化學組分，其結果如表4所示。從表可知，磨損后表面金屬元素含量有所降低，而非金屬元素(Si、C、P、S、CI等)含量有所升高。這可能是由于草粉磨料中含有非金屬元素，在磨損過程中，隨著溫度的升高，磨料與金屬在磨損表面發生元素互滲或化學反應等所致。
    采用JSM - 5600LV型掃描電子顯微鏡(SEM)觀測4種材料磨痕表面形貌。圖1為未磨面的SEM圖，圖2為磨損面的SEM圖。
    由圖2a可知，磨痕表面出現犁溝和犁皺，在犁溝兩側殘留一定數量疲勞脆化剝落的金屬碎片，在局部區域聚集量較大。這說明苜蓿草粉磨料在擠壓下形成堅硬細小顆粒，即“不可壓縮團”，堅硬的“不可壓縮團”猶如尖銳棱角的磨粒沿材料表面滑移而形成顯微切削和犁溝，同時在磨損表面形成塑變型隆起與凹谷，這種塑變隆起最終因反復塑變硬化而疲勞剝落。因此，苜蓿草粉磨料磨損對45號鋼除了存在微觀切削和材料被擠壓推移形成的隆起外，還存在反復塑性變形引發的疲勞脆化剝落。
    圖2b磨損表面形貌與圖2a形貌基本相似。由于3Cr13材料韌性好，且有較好的綜合力學性能，在草粉磨料作用下形成的磨溝淺而窄，磨溝兩側的塑變隆起不明顯，但任何形式的塑性變形最終都可能因材料的塑變強化和塑性耗盡而轉變為脆性斷裂。磨屑呈細小顆粒狀，磨面形貌則呈韌窩狀。
    由圖2c可知，9SiCr材料硬度與韌性較理想地配合，加之彌散的碳化物質點均勻地分布于強韌的基體中，從而減輕了基體承受磨料的作用，磨痕形貌上微切削磨損較少。磨料對磨面的犁皺情況也大為減輕，從而減少了應變疲勞剝落磨損，只是局部區域由于塑性流變較嚴重而導致母體材料剝落現象。
    由圖2d可知，HT200鑄鐵材料有較大的剝落凹坑，可能是材料受“不可壓縮團”磨料反復擠壓而產生的塑性變形。因為HT200是由片狀石墨、珠光體、鐵素體組成的脆性材料且硬度低，在壓應力作用下，“不可壓縮團”在切削材料前，材料已發生塑性變形而出現脆化剝落，其余草粉磨料局部產生的壓應力小，在材料表面產生擦痕而導致材料表面輕微塑性變形和脆性剝落。
3、結論
    (1)在本試驗條件下，4種材料的磨損失重和體積磨損量由小到大依次是3Cr13、9SiCr、45號鋼、HT200。
    (2)4種材料磨損前后硬度未見明顯變化，磨損面中金屬元素含量有所降低，而非金屬元素(Si、C、P、S、Cl等)含量有所升高。
    (3)在擠壓作用下，苜蓿草粉磨料在局部形成的堅硬“不可壓縮團”使其對金屬表面的“軟磨料磨損”中伴有“硬磨料磨損”的特征。
    (4)苜蓿草粉磨料對45號鋼、3Cr13、9SiCr的磨料磨損在硬磨料磨損條件下以顯微切削為主，在軟磨料磨損條件下以應變疲勞剝落為主。HT200在“硬、軟”磨料作用下的磨損均以脆化剝落為主。