铝合金镀铬钢管在挖掘机斗齿上的应用研究:
挖掘机广泛用于采掘、土建、水利及国防工程,挖掘机斗齿是机上的重要部件,也是易损件。目前,我国约有二万台以上不同型号的挖掘机在不同工况下服务,其斗齿消耗量很大。一个大型水利工程或一个中等规模矿山,通常有十台以上挖掘机处于使用状态,每年消耗的斗齿达数百万吨,每吨在一万以上。因此提高使用寿命,开发新型耐磨材料,减少磨损造成的损失,越来越受到重视。
国内斗齿材料最常用的为高锰钢(Mn13),高锰钢水韧处理后的组织为单相奥氏体,在剧烈冲击、挤压负荷的反复作用下,具有加工硬化的特点。冲击能量越大,硬化效果越好,但是如果加工硬化效果不充分,表面硬度偏低,耐磨性就差。近期研究发现,在高冲击应力状况下,高锰钢也非最优秀的耐磨材料,因为在凿削式磨损的工作状况下,高锰钢的加工,硬化峰不在最表层,而在亚表层,此处的组织脆化萌生裂纹会引起磨损表面的剥落。因此,高锰钢适用于受到强烈冲击的采掘工况,对既受冲击又受磨粒磨损的软介质就不适用。
斗齿一般装在挖掘机铲斗的前端,系悬臂梁构件,直接与矿石、砂土、岩石等物料接触。在接触物料时,既承受冲击作用,又承受弯矩作用。服役过程中,斗齿尖部受到较大的冲击滑动磨粒磨损,尖部表面常出现各式犁沟、变形,造成表面磨损或脱落。某矿九十年代进口美国的斗齿,成本高,使用寿命大大超过国内产品,且综合性能好。因此,研究适合矿山挖掘工况条件下使用的铝合金镀铬钢管是摆在材料工作者面前的一项重要任务。
材料设计:
斗齿的抗磨性与力学性能、物理性能有所区别,不是单一性能,而是综合性能;既受材料本身性能的影响,又受磨料性质、工作介质、工作条件的影响。
服役过程中,斗齿尖部受到较大的冲击滑动磨粒磨损,尖部表面常出现各式犁沟、变形,造成表面磨损或脱落。因此,材料本身应具有相当高的强度、硬度,还必须具有足够的塑性、韧性。板条马氏体(位错型马氏体)既有相当高的强度、硬度又具有一定的塑性和韧性,其综合性能较高。故板条马氏体是软质工况斗齿材料的理想组织。
铝合金镀铬钢管的研究发展目标,应满足使用工况条件,提高其耐磨性、强度及韧性。其设计准则中除满足用户的力学性能、焊接性能、抗应力、腐蚀、开裂性能等指标外,还应注意选取适宜的合金成分,达到如下要求:足够的淬透性以保证整个界面性能均匀;得到强而韧的板条马氏体;Ms点不能压得过低,以免淬火开裂;6s>980Ma,U>45%,AKu>39J,HR>C43;少用贵重元素以降低成本。
由于希望得到的组织为单一板条马氏体,而钢中含碳量0.25%才能得到单一板条马氏体。另外,马氏体的强度主要取决于其间隙固溶体的碳原子数。因此,铝合金镀铬钢管中含碳量应在0.20%~0.27%之间,以保证材料有足够的强度。
为提高铝合金镀铬钢管的综合性能及焊接、抗腐蚀等性能,应加入碳化物形成元素Cr、Mn、Mo。Cr、Mn、Mo还能提高材料的硬度和耐磨性。为提高铝合金镀铬钢管的韧性和淬透性还应加入Ni。故Cr、Mn、Mo、Ni为主加元素。但考虑成本,加入量不易过多。
上一篇:光亮镀铬钢管加工技术的四大方面