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  由于磨损导致矿用机械的部分零件的过早失效提高了采矿的经济成本。斗齿是小型挖掘机的关键易损件,其作业对象是矿石、岩石或土,工况条件十分恶劣。小型挖掘机工时,斗齿不但存在严重的磨料磨损.同时还要承受一定的冲击载荷.所以斗齿的寿命往往很短.消耗量巨大。

提高小型挖掘机斗齿寿命的研究现状和发展

  1、元素对高锰钢材质影响
  传统的小型挖掘机斗齿材料为高锰钢.因高锰钢具有加工硬化性.在使用过程中受冲击应力作用以后有很强的硬化能力,所以在大斗容量、矿山采掘和剥离用的小型挖掘机上和破碎设备上能充分发挥其优势,从而获得广泛应用。而对于那些冲击载荷不大的工况,例如挖掘对象为煤、泥土等较松软时,由于它不能充分得到加工硬化.其硬度和耐磨性无法提高。在这种工况下使用高锰钢是不合理的。另外.研究发现,在高应力冲击磨损下.高锰钢也不是最好的耐磨材料。原因在于斗齿的磨损形式属滑动凿削磨损,高锰钢的加工硬化峰不在最表层而在亚表层。亚表层组织的脆化产生裂纹会造成磨损表面的大块状削落;高锰钢加工硬化后,其屈服强度低。在较大的挖掘力作用下,斗齿受到弯曲变形,也会产生开裂。难以达到预期的使用寿命。针对以上情况.许多工作者对高锰钢材质进行了以下几个方面的研究。
  (1)通过Cr、Ni、Mo、V、Ti、B、Re进行合金化和孕育处理
  Cr是提高高锰钢耐磨性的元素之一.增加其含量可以改善高锰钢的淬透性.使整个铸件断面上的硬度更为均匀.此外加入Cr可以提高高锰钢的屈服强度。从而减少斗齿的塑性形变和由此造成的拆卸困难。Cr含量并非越多越好。一般含量应控制在1%-2%。原因是随着Cr量的增加.晶界碳化物的析出倾向增大。
  Mo在高锰钢冷凝时能够抑制碳化物析出.还能提高大截面铸件的抗裂纹能力和水淬质量。美国AMSCO公司所用的高锰钢.有加入2%Cr高锰钢MY、加Mo高锰钢及加Mo弥散热处理高锰钢MOX。加入这些元素后高锰钢的性能得到了很大程度的提高。
  Ti在改善高锰钢质量方面也有很大作用。钛微合金化的钢能形成钛的碳、氮化合物。使铸态组织大大细化.提高了加工硬化能力。对含磷量过多所产生的危害也有一定的抵消作用。V和Ti一样,在钢中形成硬而微小分散、难熔的VC化合物。细化组织,提高钢的使用寿命。原苏联采石场上使用的一种小型挖掘机斗齿.也采用了改性高锰钢。其中含有V、Ti成分,斗齿寿命提高50%。B是很有效的添加元素,加入0.0015%。O.0030%B。相当于0.3%Cr、0.1%~0.15%Mo、0.12%V的作用。当高锰钢中含有0.007%B时,可改善性能和细化组织.同时钢的耐磨性提高15%-20%。

  我国许多厂家曾在lm,和4m3电铲上进行了斗齿材料的联合试验。通过向高锰钢中加入No、Cr、V、Ti、Re等微量元素,调整化学成分,寿命均有不同程度的提高。从掌握的大量资料及引进小型挖掘机斗齿成分来看.国外小型挖掘机斗齿用材主要是低合金耐磨钢。与传统的高锰钢相比.低合金耐磨钢适用挖掘工况条件范围大,合金元素含量低。生产成本较低,且表现出高的使用寿命。有文献f81使用ZGMnl8Cr2TiV钢做斗齿.使用寿命比采用普通ZGMnl3钢制造的斗齿要高出近2倍。还指出,加入微量元素Cr、Ti、V能大大提高高锰钢的屈服极限.增加冲击韧性和耐磨性.并能显著降低高锰钢热裂倾向。

提高小型挖掘机斗齿寿命的研究现状和发展

  (2)加入稀土元素
  稀土、钙和镁的加入.净化了钢液,细化了晶粒。改善杂物的形态和分布。可实现综合强化。从而提高高锰钢件的耐磨性和使用寿命。试验发现,在高锰钢中加入少量稀土元素.可消除柱状晶。细化晶粒,有效克服热裂倾向,提高冲击韧性。其斗齿寿命可提高40%。
  2、过工艺途径增加斗齿寿命
  (1)提高钢的纯度在真空炼钢或者真空除气条件下.能够保证钢液的纯度.此外还要注意要对原材料进行精选.否则粗大的尤其是分布于晶界的夹杂物将降低钢的机械性能及耐磨性。要注重净化钢液,主要是减少其中的P、S、O等有害气体与杂质的含量。主要在于把握好前期去磷、氧化沸腾的排杂操作以及对钢液的仔细搅拌。此外吹氩处理也是提高高锰钢耐磨性的途径。
  (2)热处理在进行水韧处理时。其温度的选择.应取上限或略高一些,以保证碳化物的充分溶解。多数高锰钢件还采用水韧处理.不过近年来也有用Mo合金化加弥散处理的热处理工艺。例如,美国常规生产的含M02%高锰钢.其寿命比标准处理高25%。国内对高碳和用Mo、V、Ti合金化的高锰钢斗齿也进行了弥散热处理研究。经过600。Cx(8。12)h保温和水韧处理.可使4m3斗齿耐磨寿命提高70%一170%。细晶也是热处理的一种方式.其目的在于细化高锰钢的晶粒来提高其耐磨性。
  (3)预硬化处理目前采用的硬化处理主要有锤击、喷丸、炸药爆炸等方法。把水韧处理的高锰钢进行爆炸预硬处理后.其表面一定深度的硬度达到常规的2~3倍。明显改变了高锰钢的表面状态。

  (4)堆焊斗齿堆焊斗齿是在成型的斗齿尖部堆焊上一层耐磨合金,来提高斗齿的耐磨寿命。日本神户制钢所生产的1900AL型小型挖掘机斗齿(5m?),当斗齿磨损失效时。只需简单地替换齿尖。对组合斗齿的研究主要有几个方面:①设计快速拆卸装置以保证齿尖的及时更换:②保证齿尖和齿座的完好固定;③使用适配器来保证齿尖的水平位置;④对组合斗齿所形成的曲面进行设计选择。该斗齿不但性能好.拆换方便而且可以减少消耗。

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