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生物質顆粒燃料成型設備磨損的基本概念
磨損是相對運動的接觸固體表面上，材料逐漸分離和損耗的過程。磨損屬于摩擦學的一部分，是摩擦產生的必然結果，有摩擦就有磨損，因而受摩擦學系統一系列因素的影響。
實驗結果表明，正常磨損過程一般經歷以下三個階段
1)磨合階段
摩擦剛開始的階段，摩擦表面具有一定的粗糙度，故磨損速率很大。在一定載荷作用下，隨著摩擦表面逐漸被磨平，表面形貌逐漸趨向一個穩定的較佳形貌，真實接觸面積逐漸增大，磨損速率逐漸減慢。
2)穩定磨損階段
經過磨合階段，摩擦表面加工硬化，微觀幾何形狀改變，從而建立了彈性接觸的條件，這一階段磨損緩慢且穩定，磨損率基本保持不變，磨損量很低。
3)劇烈磨損階段
磨損的最后階段，隨著時間或摩擦行程增加，接觸表面之間的間隙逐漸擴大，摩擦條件發生較大變化，磨損速率急劇增加，導致機械效率下降，精度喪失，最后導致磨損部件的完全失效。從磨損過程來看，為了提高受磨部件的使用壽命，應盡量延長穩定磨損階段。
2、磨損分類及機理
由于磨損是眾多因素相互影響的復雜過程。可以說每一種磨損都有幾種性質不同、互不相關的機理存在，我們通常根據磨損的破壞機理，將磨損分為黏著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損四種類型。
1)黏著磨損
黏著磨損是由于黏著作用使材料由一表面轉移到另一表面所引起的磨損。滑動摩擦時摩擦副接觸面局部發生金屬黏著，在隨后相對滑動中黏著處被破壞，有金屬屑粒從零件表面被拉拽下來或零件表面被擦傷的一種磨損。由于表面上存在粗糙度，所以表面間的接觸是不連續的，在外載荷作用下，局部壓力很高，可超過材料的屈服極限，于是接觸點便產生了塑性變形。在高速、重載和摩擦產生高溫的情況下，接觸點局部發生軟化或熔化而產生“熱黏著”，形成黏著點。在其后的相對運動中，黏著點被剪斷，與此同時又形成新的黏著點，于是就出現了黏著點的形成與剪斷的循環，并發生材料轉移，因而出現黏著磨損。
2)磨料磨損
磨料磨損是指磨料或硬微凸體對軟摩擦面上的微切削所引起的磨損。由于摩擦副兩表面硬度不同，硬表面上的微凸體嵌入軟表面使之發生塑性變形，并在相對運動時對軟表面進行微切削和犁劃。當兩表面間存在磨料時，在相對運動時磨料對表面進行微切削和擠壓塑性變形。磨料作用在表面上的力分為法向力和切向力。法向力使磨料壓人表面，在材料表面上形成壓痕。切向力使磨料向前推進，當磨料的形狀與位向適當時，磨料就像刀具一樣，對零件材料表面進行切削，從而形成磨損。對于塑性較大的材料，磨料在壓力作用下壓人材料表面，在摩擦過程中壓入的磨料犁耕材料表面，形成溝槽，有一部分材料被切削而形成切屑，一部分則未被切削而在塑變后被推向兩側和前緣。由于材料表面受到嚴重的塑性變形，壓痕兩側的材料已經受到破壞，其他磨料很容易使其脫落，形成磨損。磨料磨損是最常見的，同時也是危害最為嚴重的磨損形式。統計表明在各類磨損形式中，磨料磨損大約占總消耗的50%。大部分磨料是用負前角進行微切削的。當磨料或硬微凸體有鈍角的時候，摩擦面還會產生塑性變形，所以在磨料磨損中，微切削和變形是同時發生的。
3)疲勞磨損
疲勞磨損是指兩個接觸面相對滑動或者滾動時，在接觸區形成的循環應力超過材料疲勞強度所形成的磨損。由于交變應力使摩擦表面接觸區內材料的微觀體積反復產生變形，造成累積損傷而導致疲勞裂紋的萌生和擴展，最后使表面分離出粒狀或片狀磨屑，并留下凹坑，造成磨損。疲勞裂紋常常在材料表層有缺陷的地方產生，裂紋產生的確切位置受夾雜物、表面缺陷以及孔隙等因素的影響。
4)腐蝕磨損
當摩擦副對偶表面相對滑動時，表面金屬與周圍介質發生化學或電化學反應并生成反應產物，與此同時，機械作用使反應物脫落從而造成摩擦表面金屬損失，這種以腐蝕為主導的磨損即腐蝕磨損。腐蝕磨損是腐蝕和磨損共同作用的結果。摩擦表面金屬與周圍介質發生化學、電化學作用，產生腐蝕產物，摩擦過程中腐蝕產物的脫落形成磨料構成二次磨料磨損，新表面又會繼續與介質作用而被腐蝕。不斷地腐蝕、磨損致使摩擦副工作表面受到破壞。
磨損過程是一個復雜的多因素作用過程，通常是多種磨損形式與機理共同存在。對于生物質顆粒燃料成型設備，其磨損主要是生物質物料在荷載的強烈作用下，克服成型孔壁面的摩擦阻力，擠壓成型過程中所形成。這其中既有生物質磨料對材料表面微切削及塑變所引起的磨料磨損，又有循環應力超過材料疲勞強度所引起的疲勞磨損，也有表面金屬與生物質物料發生化學或電化學反應所引起的腐蝕磨損。但在這一磨損過程主要受磨料磨損的機理控制。
3、磨損的影響因素
由于磨損問題的復雜性，其影響因素也不盡相同。對于生物質顆粒燃料成型設備，引起其磨損的主要機理為磨料磨損，下面我們主要針對生物質顆粒燃料成型設備分析一下磨損的影響因素。
1)材料性能的影響
生物質顆粒燃料成型設備所用材料的性能對于成型設備的快速磨損有著至關重要的影響，材料的耐磨性越強，成型設備的使用周期也越長。
(1)硬度是表征材料耐磨性能的主要參數。一般情況下，材料硬度越大其耐磨能力越高。然而硬度與耐磨性也并非呈線性關系，對于純金屬，隨著材料硬度的增加，相對耐磨性隨之增加并呈現出較好的線性關系。而對于某一種碳素鋼或合金鋼，在采用熱處理方法使之硬度增加時，其相對耐磨性的增加比較緩慢。
(2)斷裂韌性也會影響材料的耐磨性能。磨損受斷裂過程控制時，耐磨性隨斷裂韌性的提高而增加；當硬度與斷裂韌性配合最佳時，耐磨性最高。可見，材料的耐磨性并不唯一地取決于硬度，還與材料的韌性有關。
(3)材料的顯微組織對材料的耐磨能力也有影響。對于金屬來說，馬氏體的耐磨性較好，鐵素體的耐磨性較差。
2)生物質物料性能的影響
對成型設備造成磨損的生物質成型物料主要是生物質秸稈，生物質秸稈的種類不同，其本身的性能不同，對成型設備的磨損也不一樣；影響成型設備磨損的物料性能主要包括生物質秸稈的硬度、粒徑、粒形及水分等。
A．物料硬度的影響
生物質物料硬度過高，將對成型設備形成較為嚴重的磨損。通常生物質秸稈的硬度較低，對成型設備的磨損較為輕微，但生物質秸稈內含有Si、Ca、Cr等元素，以及秸桿收集過程中帶人許多泥沙(Si02)，使物料硬度顯著增加，都加劇了成型設備的磨損。
B．物料粒徑的影響
在生物質成型過程中，物料粒徑對耐磨性的影響存在一個臨界尺寸。物料的粒徑在臨界尺寸以下時，磨損量隨物料粒徑的增大而按比例增加；但當物料粒徑超過臨界尺寸后，磨損量增加的幅度明顯降低。不同材料的磨損率不同，臨界尺寸不同。通常對于生物質顆粒燃料成型設備的磨損，生物質物料粉碎粒徑越小，磨損量越小。
C．物料粒形的影響
物料的粒形對磨損有很大的影響，尖銳物粒的磨損能力很強，而圓鈍的物粒磨損能力相對較差。這是因為尖銳的物粒可以比較容易地刺人材料表面，引起材料的塑性變形，或者直接切削材料，所以尖銳磨粒的磨損能力很強。
D．物料中水分的影響
在生物質成型過程中，水分通常可以起到潤滑劑的作用。增加物料水分可以加大潤滑，減少阻力。但當水分增加到一定量時，潤滑和減磨效果就不再增加。另外，增加物料水分會影響生物質的成型質量。
3)工作條件的影響
工作條件的影響是指磨損過程所受的荷載壓力、溫度及摩擦速度等方面的影響。不同類型的成型設備，工作條件對于磨損的影響也不相同。
A．荷載壓力的影響
一般來說，隨著荷載壓力的增加，磨損量隨之增大，因為隨著荷載壓力的增大，物料對于材料的刺入深度增加，對材料表面進行切削或變形的能量隨之增強，生物質物料在法向力的作用之下產生“不可壓縮的團”，而壓人材料的表面。從而加劇磨損。除荷載壓力的大小外，荷載的作用角度也是影響磨損的重要因素，生物質物料作用于材料表面上的法向分力越大，則物料壓人內壁材料表面上的壓痕越深，磨損越劇烈。因此，成型設備中的成型孔的收縮角度對于磨損是一個很重要的因素，成型孔的收縮角度越大，生物質物料作用于成型孔的法向分力越大，則磨損也就越嚴重。
B．溫度的影響
溫度對于磨損通常是沒有影響的，但溫度對于金屬的硬度有影響，環境溫度升高越多，則金屬硬度降低越多，其磨損量也越大。因此，在生物質成型過程中，在確保成型質量的情況下，一般不宜加熱至過高的溫度。
C．摩擦速度的影響
摩擦速度對于磨損量的大小也有影響，但通常在滑動磨損情況下，摩擦速度對磨損的影響并不明顯。滑動速率在0.1m/s以下時，磨損率隨滑動速率的增加略有降低；當滑動速率為0.1～0.5m/s時，滑動速率的影響很小；當滑動速率大于0.5m/s后，隨滑速增大，磨損量先略有增加，達到一定值后，磨損量又減小。
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