挖掘机斗齿的磨损机理与材质

l— ‘． 挖掘机斗齿的磨损杌理与材质 A[H I在对矿山、I地、码头使用的挖掘机斗齿进行1洲试和解斟的基础上，探讨 1斗齿的失投机理，并 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 1斗齿的开；状、结构庭 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 。 奖黼 ： 理 一 久 巡 丛 椭 The Abrasion Mechanism and Material of Excavator Dipper Teeth [．AI~TRACT3 After measured and d主3§ec ed the excavator dippe~teeth，which re used in mining a．rea，construction site and whar~，this paper discusses the failure mechanism of dipper teeth，and analy一 5es the sIm ，COItStr~ tion and material of dipper teeth KEYWORDS：ExcavatorDipperTegth-FailureM echanism —Surface"I"Larden·and Abrasion． 一 、引 宣 在矿 柞业的挖掘机，威据离教率降低虞 本出发，应尽量延长斗齿、斗藉、斗翦壁、握粱、 横梁、斗底援等部件的寿命，减少作业中的更换 次效 这些用户的愿望是产品市蘑分析的依据， 也是 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、制造和确立产品使用寿命目标的依 据 积我厂崩造挖掘机三十五年生产 700多台 电铲的经验，通过走访甩 户发现斗齿失效大致 有两种情况：第一是断齿失效，即斗齿在短期工 作后，艚部或开叉部位开裂断掉；第二是磨损到 极限尺寸失效，即在长期工作后，斗齿已寮损到 无法再工作舳尺寸 据此，我 】在分析了斗齿失效机理之后．提 出最适合的斗齿材料，设 计最佳 的斗齿形状和 足寸，确立最经济舶制造工艺。 =、寓管胡陵面硬他的条件 我们曾对我厂为大冶铁 矿生产的 4m 18 大型铸搬件 第 2期 (总 第 72期 ) 电铲的ZGMnl3斗齿进行了解耐分析。斗齿使 用 32天看，齿尖已磨损掉 230ram，失去了使甩 簸蔑 。 为了解斗售备都壤的露化程度，我们在齿 尖辩鹰斌棒矩表面 2ram处选择 11十点 (图 1 中韵 1点～l1点，各点梧距 5ram)，齿尖表面下 15ram～20ram处选择 3’点(12点～l4点)，作 洛氏硬度HRC试验，豫了齿尖端部(第 6点 HRC：：40．5)外，其余部分因工作 中受撞击作 用小，而形变强化是不充分的。 上翻 HRe 16．5 17 13．5 下懊| 圈 l 高锰钢 斗齿断面洛氏硬 度分布 维普资讯 http://www.cqvip.com 4齿使用的工况虽然千变万化．但其撞击 {}：用可分 为两类 ： (1)在高冲击工况条件下．高锰钢斗齿表面 屠幽撞击产生加工硬化．从而具有很高的耐磨 性。如我广为大冶铁矿生产的 H组斗齿，在使 用中因清擐工作量大 ，硬化层深度达 4ram。 ‘2)在低冲击工况条件下．高锰钢 斗齿表面 难以产生加工硬化。如我厂为大冶铁矿生产的 C组斗齿，在低撞击 力的普通窦料窦摄条件下 使用．硬化层只有 0．8ram厚 我们在大冶铁 矿现场作了斗齿硬度检查， 结果 见表 l 表 1 斗 齿表而 肖氏墁度 Hs 表 面布 电 桤掘 距 啬生表 面距 离(ram) 氏墁度 瘟 号 畸曩 100 150 200 HB 6 6 62 58 l J4 铲 原生 矿 6ll 65 57 7 65 一 S 7 一 6 2 50 50 58 J 轳 再生 矿 6{) 50 54 57 5S 52 53 56 3I6 l 7 铲 妒卡 岩 6” 53 55 5I 2 92 47 50 -50 40 205 18 昔 土 46 50 53 3f 一 46 54 58 {l 出表 l知．挖掘 对象 如果硬度很低 (如黄 ±)．斗齿表面未受到大的冲击反作用力而得不 到硬化．硬度仅 HB2o5。当挖掘对象是较硬的 原生矿时．斗齿表 面可硬化至 HB334(Hs58～ 6 7)。高锰钢加工硬化的机制．是 由于动态应变 时敬．c—Mn原子对龄布于位错中心．对位错 起钉扎作用．使得在一定应变条件下，产生很高 的位错密度而提高了硬度。因此在高冲击工况 条件下使用高锰钢斗齿较适 台。在多数的低j中 击磨损 工况下．则宜使用慨碳马氏{奉台金钢斗 齿 三 、斗齿的失 效分析 根据用电镜对斗齿磨损表面进行的分析结 2 粜和矿I“现场醒察测试 ．作者认为失效方式有 两种 ： (1)在高 中击工况条件下．斗齿磨损是凿削 式磨料瞻损。当斗齿开始接触岩石时有一个撞 击作用-斗齿插 l凡岩石堆时，岩石磨粒在外力的 作用下在斗齿金属表面急速运动 ，岩石磨 粒的 棱角把金属表面犁削成 一条条淘槽 (如图 2所 示 。 从图 3的照 片上可以看出斗齿下工作面被 矿岩犁削的犁掏 。此 时斗齿金属是以被切削的 形式磨损。再当岩石客料在金属表面相对运动 时，对金属表面产生压应力，使沟槽两侧发生塑 性变形．并使表面加工硬化产生应力集中，因而 可能在局部拉应力下产生微细裂纹。在外力继 续作用下．进而裂纹扩展 ，发生微区断裂，形成 金属碎屑剥落而磨损(图 4)。队图 5可看出斗 齿尖部被撞击挤压而发生的变形裂块 圈 2 斗齿磨捐表面电子扫描照片(×500) 日 3 斗 齿下I作面的犁沟 太型铸锻件 第2期(总第 72期) 维普资讯 http://www.cqvip.com (2)在低I中击工况条件下．斗齿窘损是应变 疲劳式磨损。此种工况是磨料磨粒根轴 如黄 土 ．石灰石．油页岩等)．当斗齿插入瞎料堆时 ． 瞎粒只在斗齿金属面上滑动 ．切削金属表面作 用很小，此时斗齿的磨损主要是长时问的应 力 和应变 在局部的交变 疲劳应 力作用所致(图 f1)。 上述两种磨损过程 中．矿岩磨粒 与斗齿表 面相互作用，斗齿材料表面均发生严重的塑性 变形。塑性变形的能量大部分是以热的形式逸 散 ．并使斗齿表面温度升高。磨擦热使斗齿表层 和亚表面的强度降低，使斗齿更容易疲劳剥落。 四、斗齿磨损外形曲线变化 与斗齿的形状结构分析 1．斗齿磨损外彤变化 斗齿磨损外形变化 ．最后会导致斗齿失效． 这对斗齿外形设计和材料选择都提 出了 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。 根据多年来的经验，我们总结出斗齿磨损剥落 外形曲线变化过程图．见图 7。 从圉 7可以看出，斗齿在工作 中逐渐磨损 剥落引起 其外形的变化．而其底面的磨损较 快 斗齿外形从A一1—1f—B轮廓线变到 A 5 5—5～B外形曲线．直至失效 。 如上所述，在工作中，斗齿齿尖部分受较大 的冲击载荷，两侧面受高应力磨粒犁削磨损 底 侧面承受的应力从尖端到根部逐渐减弱．磨损 量亦相应减少．因而得出了如图 7所示的斗齿 圈 4 斗齿凿削 式磨料磨损 太型铸锻件 第2期 (总 第 72期) 瞎损剥落外形变化曲线。怛在需要进行大量啃 根基工作的工况下．斗齿所受冲击载荷甚大 如 材料韧性不够，则会产生斗齿折断现象。 2．斗齿类型 (1)整体斗齿 整体斗齿笨重．拆换不便，大型斗齿需用起 重设备更换 。但价格较低，使用仍很普遍 圈 5 斗齿尖部被挤压出的变形裂块 圈 6 斗齿应变疲劳式磨料磨损 图 7 斗齿磨捐剥落变化过程 A 维普资讯 http://www.cqvip.com (2)组合斗齿 由齿尖和齿座两部分组合而成 ，见图 8。齿 尖装在齿座前端，齿座 1连接铲斗的斗唇与齿 尖 4，齿尖和齿座紧密配合．由橡皮销 3锁紧的 另一个中间带有 R 13ram半圆槽的牙尖楔打 入，以固定连接齿尖和齿座。组合斗齿拆换方 便 ，可以通 用互换 ，减少消耗 ； _ 丁 1鼍二=三} 一 — 图 8 齿惆 为弧 的组合 式斗 齿 1一 齿座 2一 牙炙棰 3 擐 虎抽 4一 齿尖 (3)表面强化处理 斗齿 我厂在斗鸯工作面上堆焊硬质舍金(如索 尔玛衣特焊条或高速锕焊条)，焊层厚约 6ram． 可提高斗齿寿噙 30 。表面堆焊硬质合金斗 齿，广泛用于斗轮式挖掘机。此外，亦有采用爆 破强化来提高斗齿表面初始硬度的。 (4)电藏重熔斗齿 斗轮挖掘机豹小型斗齿，可采用高铬铸铁 自耗电极熔蒋齿尖，斗齿寿命可提高 7倍。 (5)镶铸斗齿 可采用高韧性钢镶铸高耐磨帱铁制成整体 斗齿，发挥双金属特性 ，以提高使用寿命。如我 厂生产的高锰钢母材镶掌夸高铬铸铁的双金属镶 铸斗齿的寿命提高约 8O 。 3．齿尖侧 面形状 和足 寸 (1)齿尖侧面直线式斗齿 此种平直面斗齿形状，不同于斗齿实际工 作的磨损剥落弧形曲线．且齿尖的有效部位长 度减 短，如 4m 电铲 斗齿有效 部位长 度约 为 370mm~390mm，因而寿命较低。 (2)齿尖侧面弧形式斗齿 此种斗齿上下恻面均设计为弧形曲线 ，不 但符合斗齿 实际磨损曲线 ，而且加长了齿尖的 有 效 长度 (如 4m 电铲 斗 齿设 计 半 径 R= 1067ram 的弧形，有效 长度加长 至 ~10mm～ 432mm)，因而延长了使用寿命(见图 8)。 4．齿尖 庸的 变化 斗齿在使用过程中如能保持较小的齿尖角 ，则工作中会减少切入物料时的磨擦阻力，减 弱齿尖因受密损的变钝程度。齿尖圆角保持在 R：l 6mm~22mm之间是理想的 。在实际使用 中，镶铸斗齿和堆焊斗齿的齿尖角 就明显小 于高锰钢斗齿。因而镶铸斗齿齿尖单位体积挖 掘量 ，’，达到 0．0866t／rams(F组斗齿)，而一 般高锰钢斗齿的 ／ 鲥在 0．042t／ram 以下。 五、各种斗齿材料的造用 太重厂研究采用过的斗齿金属材料 ，根据 成分和组织可分为三大类 第一类是高锰钢或 台金化高锰钢；第二类是低碳马氏体多元合金 锕；第三类是高铬铸铁和高碳马氏体钢。 1．高锰钢 和奢金 化 高锰钢 (1)高锰钢 ZGMnI$ 太 重 厂 自 l959年 以 来 斗 齿 材 料 以 ZGMn13为主、经多年试验研究确定：①适当提 高含碳量，控制 Mn／C=9．5。l，以形成可溶性 碳化物，可提高斗齿的原始硬度。②将 P含量 控制在 0、060 以下 ，以防止形成磷共晶而增 加材料的脆性。 (2)台钳，钛高锰钢 ZGMnl2Mo2Ti 太重厂于 l966年起生产添加 Mo、Ti等硪 化物形成元素的 ZGMnI2Mo2Ti材质斗齿 通 过弥散硬化热处理，与碳形成豫散分布的细小 碳化物 Mo C和 TiC，以阻碍晶粒滑移的位错 运动．从而提 高了高锰钢 的加工硬化能 力．使 4m。挖掘机斗齿挖掘量每付达到 15万吨铁矿 石 (3)含铬 、钒、稀土高锰钢 zGMn13Cr2vR 太重厂于 1974年研制的 ZGMnl3Cr2VR 大型铸锻 件 幂 2期(总 第 72期 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com 2-齿 除添加了 、V等碳 化物形成元素班 生成细，j、的 Cr C 和 VC等碳化物外 ，还加入 了可细化晶粒、提高韧性 的稀土元素，使 4m 挖掘机斗齿挖掘量每付达到 14．7万吨矿岩。 目前太重 厂用含铬高锰钢 ZGMnl3Or制 造 10m 以上大型挖掘机的斗齿。在生产中控 制的化学成分范 围为 ：C1．0 5 一!．3 5％ ，Si 0．30 ～ 1．00 ，Mn11．0 ～ l4 0 9《，Cr0． 3O％～0．75 ur，，S≤0．050 ，P≤0．070，《。生产 的 1 0m 挖 掘 机 整 体 斗 齿 挖 掘 量 每付 可 达 50．69万吨 根据国内 】5个工厂 405 1、炉次的数值统 计．高锰钢 的屈 服 强度 一般在 350MPa～ ~50MPa．抗 拉 强 度 一 般 为 650MPa～ 900MPa，延伸率 赴 为 25 ～40 ，断面收缩率 一 般为 25％～35 ．冲击 韧性在 15J／cm 以 上者占 9O 。 2．讥碳 马艮体 S元铸钢 太重厂 试验生 产过 的低碳 马氏体钢有 ； Cr—Mn —Mo系铸 钢 ．如 3bCr2MnSiMoV- 3UCr2MnM『jV．SHs(一3，l2S等 和 Ni—Cr— Mo系铸钢．如 30CrNiM0．30CrNi2Mo．12E． 1 2G等 由于低碳马氏体铜有较高的强度和硬 度及较好的低温冲击韧性 (表 2)．更适于制造 组合斗齿、复合4·齿。因而应用范围逐渐扩大。 3．高铬铸铁 高铬铸铁如 6~300CrMol 5．3与高锰钢的 加工硬化层维氏硬度 Hv见图 9所示。高锰钢 在 l050℃水韧处理后，其加工硬化硬度不如高 铬铸铁．但韧性 比高铬铸铁好 。一般高锰钢 n。 可达到 15J／cm。～30J／cm 高 铬铸 铁 韧 性 一 般 多 为 SJ／cm ～ loJ／ cm ．个别的最佳值 可选 3oJ／cm ，但这时的高 铬铸铁基体组织必须是细小针状 马氏体+残余 奥氏体 ．莱氏体组织纤细 ．碳化物为均匀分散细 小粒状碳化物(见图 lOa) 高铬铸铁我厂多用 在镶铸斗齿和斗轮挖掘机斗齿端都。 目前太重厂生产的斗齿的力学性能指标与 国内外厂家斗齿的性能 比较如表 2。 大型铸锻件笨 2期(总 第72期) 王 趟 1 2 3 4 5 6 与表屡距离(mm) 圈 9 高铬铸铁 、高锰钢硬 化层硬度 r]一高铬铸提 ● 一高锰钢 图 i0 高铬铸挟铸态碳化物 扫描 电镜 圈(×101 0) =30．,r／cm 0 6— — 。★=8,I，cm0 维普资讯 http://www.cqvip.com 表 2 抗 拉 强度 表 面墁虞 冲 性 斗 占生 产厂 宰 d‘(M Pa) HB{}m c) · T／cm ：) 是原重机 厂 723～ I97～ ZGMn13Mo 857 224 太最量札 r 1651～ 448～ 7 3～23 5(一Z3℃ 时 ) ZG3 ：IHi2I如 1．684 48a 5 3～ ：4 -iA— ℃ 王津 工鞋札械 15∞ (46 ～ 52) - ·S0 秆 宅所 杭 州 重札 厂 l'856 {95 20 l3l3～ 长江挖 掘札厂 50) 29 ～ S9 1725 青，目矿 山 882～ 髓0～ 札收 厂 1029 310 姜 固 1656 49 5 Z0 ESCO ，^＼司 六、结 论 (1)高锰钢斗齿适用于高冲击载荷下的凿 削式磨料磨损工况 ；多元低合金蒋钢斗齿适用 ： 茸 ． 荷 F的压变 葑 ． 料 况 ， (2)齿尖 侧 面 为 弧形 ，齿 尖 角在 一 25。～ 3。o的 齿外形结构较为合理。 t3)4m 以下的小型挖掘机斗齿以台金化 高锰钢整体斗齿较经济适用 ；lOm 以上大型电 铲斗齿以慨碗马氏体多元铸钢的组合斗齿和镶 有高铬铸铁 、的馕铸整体 齿寿命较 ．一。 (4)斗轮挖 掘机 的 多 片式 小 年齿．灿 以 帅M· 钢表面准婶硬质台垒， 高铬铸铁 电渣 熔铸垢尖者较好 参考资料 l]‘国内高锰钢生产工艺简无 )一高柱相田皋 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 起草 i’组 1966土 (1996年 3月 7日收稿) 责任缡辑 赵晓东 (上 接 第 3O百) 关于外来的非金属夹杂物 ，从其成分定性 分析可以断定是耐火材料带入所致。在一次浇 注成的 3支钢锭所锻成的转子锻件中，靠近水 口端的转子锻件皆存在此类连续性缺陷．并说 明此耐火材料是位于下注钢锭的水口附近，未 能充分上浮 后经查证核实，炼钢浇注系统所使用的耐 火 材料 中，从某 厂 购进 的上底 盘孔 砖 ，台 有 TiO：的成分。其成分为 76．1 9 hi：O ，1 7．o6 SiO ，3．22 TiO：，1．90 Fe：O 。故认为转子锻 件中的莲续性缺陷是此耐火材料所致 。这种上 底盘孔砖是属于 3级高铝质的，其耐火度是比 较高的。在正常情况下 ，一般是不会出现软化或 熔融的。在多年的小钢锭下注生产中 ，也从未出 现过异常情况。但在大钢锭下注时，浇注时问 长，钢水二次氧化严重，钢中 FeO含量增高，叉 因长时间地与上底盘孔 砖表面接触，FeO 向耐 36 火砖内渗透 ，大大地降{氐了其耐火度 加之上底 盘孔砖部位叉处于高 温区，在长时问的高温钢 水的冲刷、浸蚀下，使上底盘孔砖软化或熔融 随着下注钢水的快速流过，使已软化或熔融了 的上底盘孔砖被拉长从而在钢锭中形成一条白 钢锭水 口沿中心被拉长的耐火材料柱，中心 留 着转子钢水。 4．结 语 根据分析结果确认转子锻件中的连续性缺 陷系下注钢锭时上底盘孔砖熔融在浇注过程中 被拉长所致 。不使用这种砖 ，即可防止类似现象 发生。同时也提出一个值得重视的问题，那就是 大钢锭下注所用的耐火材料的质量应予特别的 考虑。 (1995年 9月 14日收稿 ) 责任编辑 何平远 大型铸锻件 第2期(总第72期) 维普资讯 http://www.cqvip.com