挖掘機斗齒
根據(jù)挖掘機斗齒的使用的環(huán)境分類。挖掘機斗齒可分為巖石齒(用于鐵礦、石礦等),土方齒(用于挖掘泥土、沙石等),錐形齒(用于煤礦)。根據(jù)斗齒齒座來分:挖掘機斗齒可分為豎銷斗齒(日立挖掘機為主),橫銷斗齒(小松挖掘機、卡特挖掘機、大宇挖掘機、神鋼挖掘機等),旋挖斗齒(V系列斗齒)。
挖掘機斗齒的品牌
目前市場上比較常用的進口挖機是:小松、大宇、神鋼、卡特、現(xiàn)代、沃爾沃、利勃海爾、日立等。國產(chǎn)挖機常用的有:玉柴、山工、三一重工、臨工、山推、福田雷沃、柳工、廈工,成工、龍工、山河智能、德工、中聯(lián)重科等。
沙鑄造:成本最低同時工藝水平以及斗齒質(zhì)量也不如精密鑄造和鍛壓鑄造 。
鍛造:成本最高同時工藝水平以及斗齒質(zhì)量也是最好的。
精密鑄造:成本適中但對原料的要求十分嚴格,工藝水平也比較高。有部分精密鑄造斗齒由于配料的原因其耐磨度以及質(zhì)量甚至超過了鍛壓鑄造斗齒。目前精密鑄造斗齒為市場上斗齒的主流制造工藝。
失效性狀
失效形式斗齒在不同的工作條件下服役受到不同程度的磨損和沖擊而發(fā)生不同程度、不同形式的失效。該斗齒在正常工作條件下僅使用3天(大約36h左右)便失效,無論從經(jīng)濟角度還是從使用角度,都不合乎要求。從該批失效件的宏觀照片可見,斗齒前工作表面有較明顯的犁溝狀劃痕,尖部有少量的塑性變形,沒有裂紋,前工作面(與地面接觸的面)最薄,約4mm,后工作面約為8mm。
分析討論
一、受力分析斗齒工作面與被挖掘物相接觸,在一個完整的挖掘過程中不同的工作階段其受力情況不同。齒尖部位首先接觸物料表面時,由于速度較快,斗齒尖部分受到較強烈的沖擊。若斗齒的屈服強度低,將會在尖部產(chǎn)生塑性變形。隨著挖掘深度的加大,斗齒受力情況會有所改變。當斗齒切割物料時,斗齒與物料發(fā)生相對運動,在表面產(chǎn)生很大的正擠壓力,從而在斗齒工作面和物料之間產(chǎn)生較大的摩擦力。
如果物料為較硬的巖石塊、混凝土等,摩擦力將是很大的。這個過程反復作用的結(jié)果在斗齒工作面產(chǎn)生不同程度的表面磨損,進而產(chǎn)生深度較大的犁溝。斗齒成分好不好影響到斗齒的使用壽命的長短。前工作面的正壓力明顯大于后工作面,前工作面磨損嚴重,可以判斷出正壓力和摩擦力是斗齒失效的主要外部力學因素,在失效產(chǎn)生的過程中起主要作用。
二、工藝分析分別從前、后工作面各取兩個試樣,磨平進行硬度測試。發(fā)現(xiàn)同一塊試樣上硬度差別很大,初步判斷是材質(zhì)不均勻。將試樣進行磨制、拋光、腐蝕,發(fā)現(xiàn)每件試樣上都存在明顯界線,只是界線部位不同。從宏觀看,周圍呈淺灰色,中間部分顏色較暗,說明該件很可能是鑲鑄件,從表面上看,被包圍起來的部分也應該是鑲塊。在HRS-150數(shù)顯洛氏硬度計和MHV-2000數(shù)顯顯微硬度計上對界線兩側(cè)分別進行硬度測試,發(fā)現(xiàn)差別明顯(見表1)。
通過以上分析證實該斗齒是鑲塊結(jié)構。其中封閉部分是鑲塊,周圍部分是基體。二者的成分接近,以Cr、Mn、Si等元素進行合金化,其主要合金成分(質(zhì)量分數(shù),%)為0.38C、0.91Cr、0.83Mn、0.92Si。金屬材料的力學性能取決于材料的成分及熱處理工藝。成分相近而硬度存在差異,說明斗齒在鑄造后沒有經(jīng)過熱處理即投入使用。后面的組織觀察也證明了這一點。
三、組織分析金相觀察表明,基體主要是黑色細片狀組織,鑲塊組織由白色塊狀和黑色細片兩部分組成,且遠離截面區(qū)域白色塊狀組織較多,進一步的顯微硬度試驗證明,白色塊狀組織為鐵素體,黑色細片狀組織為屈氏體或屈氏體和珠光體的混合組織。鑲塊中大塊鐵素體的形成與焊接熱影響區(qū)中部分相變區(qū)的形成類似。受鑄造過程中金屬液熱作用,該區(qū)域處于奧氏體和鐵素體兩相區(qū),在該區(qū)域鐵素體充分長大,其組織形態(tài)保持到室溫。由于斗齒壁比較薄,且鑲塊體積較大,鑲塊中心部分溫度低,沒有形成大塊鐵素體。
四:性能分析通過在MLD-10磨損試驗機上的磨損試驗表明,基體和鑲塊在小沖擊磨粒磨損試驗條件下的耐磨性均比淬火45鋼好。同時基體和鑲塊的耐磨性存在差異,基體比鑲塊耐磨(見表2)。基體和鑲塊兩側(cè)的成分接近,可見斗齒中鑲塊主要是起到冷鐵的作用。在鑄造過程中細化基體晶粒,提高其強度和耐磨性。由于鑲塊受鑄造熱的影響產(chǎn)生類似焊接熱影響區(qū)的組織,沒有起到增強耐磨性的作用。若在鑄造后進行適當?shù)臒崽幚硪愿纳苹w及鑲塊的組織,將明顯提高斗齒的耐磨性和使用壽命。
結(jié)論
一、該斗齒材料為低合金耐磨鋼,用于斗齒是比較合適的。但由于沒有經(jīng)過必要的熱處理,斗齒組織不均勻,鑲塊沒有發(fā)揮應有的作用,斗齒的整體耐磨性差,導致早期失效。
二、建議鑄造成型后,對鑄件進行適當?shù)恼?以改善組織和性能,提高使用壽命。對鑄件進行合理的熱處理后,在相同的工況條件下,斗齒的使用壽命提高了近2倍。
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