挖掘机斗齿抗磨材料及制造工艺的国内外概况

1、它与硅酸钠发生反应生成不溶性的硅酸锂, 有助于降低吸湿性6。也有人将水玻璃砂烘硬后, 罩上罩子吹CO 2放置一段时间, 或吹少量CO 2初步硬化后, 再用远红外烘干, 强度高而抗吸湿性好。由此可见, 即使是物理硬化法也需要化学反应相配合。六、结语水玻璃砂的各种硬化工艺, 尽管硬化过程各有其特点, 但它们之间确实存在某些共同的规律。一种成功的硬化工艺必须以物理硬化为主, 化学硬化为辅, 两者有机地结合起来。参与反应的水玻璃, 或被酸化而析出游离硅酸, 经聚合和聚结后生成硅凝胶, 或靠多价金属离子(例如Ca + 交联而缩聚, 聚结生成硅凝胶。水合凝胶脱去部分水分转变成半脱水凝胶, 在粘结膜内产生较

2、大的内应力, 促使水玻璃砂迅速固化, 并为初强度的建立作出贡献。但型砂强度主要来源于未反应水玻璃的脱水, 应保留尽可能多的水玻璃不参与反应, 最好将水玻璃的反应率控制在15%左右, 并创造条件使水玻璃迅速脱水, 是提高型砂强度、减少水玻璃加入量、改善其溃散性的有效途径。在粘结膜表层生成一薄层硅凝胶“壳”, 或在粘结膜内生成不溶性的硅酸盐, 都能提高型砂的抗吸湿性和存放稳定性。参考文献1朱纯熙. 水玻璃硬化的新概念. 铸造. 1994(1 :9142JA CT N E W S . 1984(9 :503A FS Intern . Cast M etal . 1979(3 :15274日本专利J

3、85. 0473185胡彭生主编. 型砂. 上海:科学出版社, 1994. 6A ilin 2Pyzik . Silicate foundry binder w ith i m p roved hum idity resis 2tance . 1981, 89(编辑:唐彦斌1996年4月11日收稿。挖掘机斗齿抗磨材料及制造工艺的国内外概况沈阳工业大学(沈阳110023 沈阳铸造研究所吴世常王青澄贾素琴【提要】就挖掘机斗齿的各种结构形式、使用材料、生产工艺等国内外情况进行了介绍, 并列举数据加以对比说明。认为双金属复合斗齿表面硬度高、心部韧性好, 成为一种斗齿主要生产方法。关键词:挖掘机斗齿耐磨

4、材料双金属复合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, 亦是易损件。目前, 我国约有2万台以上不同型号的挖掘机在不同工况下服役, 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10台以上的挖掘机处于使用状态, 每年消耗的斗齿达数百吨, 价值在百万元人民币以上1。因此, 提高斗齿使用寿命, 开发新型耐磨材料, 减少斗齿磨损造成的损失, 越来越受到重视。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, 斗齿尖部受到较强烈的冲击滑动磨料磨损, 尖部表面常出现

5、各式犁沟、变形, 造成表面磨损或脱落。因此, 要求斗齿柄必须具有足够的强度和韧性, 斗齿尖部必须具有良好的抗磨性, 才能使斗齿经久耐用。一、斗齿的结构形式最初的挖掘机斗齿基本上是整体斗齿, 当斗齿尖端严重磨损而失效后, 须更换整个斗齿。由于整体斗齿用料量大, 整体更换损失较大, 以后发展起来一种组合斗齿, 又称套装斗齿2, 3。11整体斗齿至今, 整体斗齿仍是被普遍使用的斗齿。这种斗齿, 其齿尖和齿柄一次直接铸造成型, 主要缺点是用料量大、更换困难、损失大, 结构简图如图1所示。图1整体斗齿结构图2所示的是国内使用的改进型P&H22100BL 整体斗齿, 其几何形状为曲线型, 特别是下

6、表面呈光滑连续曲线, 斗齿尖上、下表面不对称。这样的结构更符合斗齿在挖掘中的运动轨迹, 使斗齿面与挖掘过程中的磨损曲面相吻合, 减少挖掘阻力, 也增加了齿尖部位的有效工作区域, 使斗齿结构更合理, 材料利用充分, 斗齿使用寿命提高(齿尖部位有效工作材料54铸造199617体积增加15%, 斗齿平均寿命可提高30%以上3。图2曲线型斗齿11斗齿21胶卡孔31铲斗斗前壁21组合斗齿组合斗齿由齿尖、齿座两部分组成, 靠销连接。当斗齿磨损失效时, 只须简单地更换齿尖即可。美国P&H公司早期设计的组合式斗齿为对称结构, 形状与国内斗齿相似, 其棱角分明, 挖掘阻力较大, 因而磨损较快。美国AB

7、E 公司和AM SCO 公司设计了一种光滑连续的椭圆形的组合斗齿, 如图3所示3。这种斗齿无棱角, 齿尖部分材料较多(约占30% 。图3椭圆形组合斗齿11齿尖21胶卡31齿楔41齿座51楔铁61C 形铁71铲斗斗前壁日本加藤公司生产的HD 2350型挖掘机斗齿也采用了两节式结构, 齿尖为高硅铸钢,其硬度在HV 444以上4, 使用效果较好。二、斗齿材料多年来, 研究者在斗齿抗磨材料的选择上进行了大量探索, 多数工作以高锰钢为基础, 通过加入一些合金来改进高锰钢的性能, 取得了一定效果。11高锰钢斗齿(1 普通高锰钢斗齿高锰钢(ZG M n 13 被较早地用作斗齿材料。用该材料制成的斗齿的优点是

8、受到高冲击时加工硬化能力强(矿山使用过程中, 斗齿表面硬度可达HB 400HB 500 。高锰钢斗齿适合挖掘高硬度物料, 不适合挖掘软物料(煤炭、泥土等 , 因软物料不能使之充分加工硬化, 故抗磨性能较差。鞍钢某矿山研究所和首钢等单位用爆炸硬化法对高锰钢斗齿进行硬化处理, 经考核, 寿命可提高3540%。(2 改性高锰钢斗齿为提高高锰钢斗齿的屈服强度、韧性和耐磨性, 美国的AM SCO 公司和ESCO 公司采用了普通高锰钢添加C r 、M o 或对合金钢进行弥散处理来制作适合不同工况条件下使用的斗齿5。原苏联采石场上使用的一种挖掘机斗齿, 也采用了改性高锰钢, 其中含有V 、T i 成分, 斗

9、齿寿命提高50%5。(3 含镍高锰钢斗齿美国的一些拖拉机厂研制出含N i 高锰钢(含115210%N i , 同时改进铸造工艺, 斗齿寿命有很明显提高5。21低碳马氏体多元合金钢斗齿美国的AM SCO 公司开发的含N i 2C r 2M o 低碳马氏体多元合金钢, 是一种高强度与良好耐磨性结合的材料, 经不同热处理, 可以扩大其力学性能和硬度的适用范围。70年代后, 美国鹰的露天矿使用的2802B 型挖掘机斗齿尖等采用了这种材料; 美国的M ari on 公司制造的斗容量为77m 3的拉铲铲斗斗唇也用的是这种钢6。31低合金抗磨斗齿日本一家公司1970年研制成的SSA 系列新型抗磨材料, 其主

10、要化学成分如表1所示。用该材料生产的斗齿抗磨性有一定提高, 但其热处理工艺受诸多因素的限制7, 加之碳含量较低, 耐磨性还不够理想。表1SSA 系列材料的成分(%材料C Si M nPSN iC r M oSSA 201012301451121010240101601090124SSA 2020134015111410102501019010501600149SSA 2030127115111170102401020010511790137SSA 201R 012901541168010230101401050104SSA 202R0132015511640102501014011001490

11、14741高硅强韧抗磨斗齿日本近年来采用不含N i , 只含少量C r 、M o 的高硅钢生产斗齿, 成分示于表2。德国O &K公司的RH 75挖掘机也选中表2中含C r 量较高的高硅钢制造斗齿, 但这些钢制作的斗齿的抗磨性不够理想。表2高硅钢成分(%编号C M n Si C r M o V B1#0128111011901401101032#0130181171100130104#0131016015110<011<010151白口铁低合金白口铁、高铬铸铁、镍硬铸铁等抗磨性良好, 但韧性较差。若用作斗齿材料, 只适合在冲击、物料硬度低的条件下应用。显而易见, 上述各种材料

12、的性能均有其局限性。人们希望有一种既能抵抗硬磨料磨损, 又能承受强烈冲击的斗齿, 于是双金属(钢和铁 复合斗齿应运而生, 这代表了近年来斗齿材料和结构的一种发展趋势。三、双金属复合斗齿目前, 制造双金属复合斗齿主要有三种方法:堆焊、镶块、电渣熔铸。(下转第48页 64铸造199617有锰。锰是抗磨白口铸铁中必有的元素。锰钼同时加入可以提高抗磨铸铁的淬透性。对于牌号8, 钼含量如增至316%, 则能淬透150mm 。锰还部分分布在碳化物中, 使其硬度增加。适当的锰含量, 还能细化晶界碳化物, 因而能改善常温和低温下的韧性。(4 硅硅降低淬透性, 且促使碳游离, 所以GB 8263287所列十个牌

13、号中, 除牌号5以外, 其余九种牌号硅含量都不高(<113% 。硅提高马氏体转变温度M s , 有利于获得马氏体组织。(5 镍镍不溶于碳化物。在白口铸铁中加入镍的主要目的是形成固溶体, 提高淬透性。GB 8263287的十种牌号中, 七种含有镍。为了提高淬透性而加镍时, 镍量不超过3%, 否则硬度和耐磨性都要降低。除了牌号3、4、5三种牌号外, 其余七种牌号的镍含量都未超过115%。镍促使石墨化。镍稳定奥氏体, 镍量过高会造成大量残留奥氏体。作者在工厂现场工作, 该厂生产立式磨中的主要零件轧辊的辊套即是采用牌号8铸成的。(编辑:王惠愚(上接第46页 11堆焊斗齿堆焊斗齿是在铸造成形的斗齿

14、齿尖部位堆焊上一层耐磨合金。日本神户制钢所生产的1900AL 型挖掘机斗齿(5m 3 , 齿尖部用H F 2800K 焊条堆焊, 宽约30mm , 其余部分用H F 600焊条呈格子式焊接, 行距约25mm (图4 8。用这种方法制作的斗齿心部韧性好, 表面硬度高, 耐磨性和抗冲击性均较好, 适于中等硬度的物料采掘。堆焊法复合可在任意位置进行, 具有灵活性, 可满足局部对材料性能的特殊要求。一般, 堆焊后的硬质合金可不进行热处理。但若焊接质量不理想, 易在使用中发生焊层剥落。图4格子式焊接21镶块斗齿镶块斗齿是把耐磨材料预制块置于齿尖部位, 浇注时一起镶在斗齿上。卡奇卡纳尔斯克矿山设备制造厂成

15、批生产了镶块复合斗齿, 镶块厚1012mm , 孔隙率50%, 材料为显微硬度HV 12001250的高铬粉末, 用水玻璃粘结而成9。沈阳铸造研究所研制的双金属复合斗齿, 是把高铬铸铁预制块镶铸到高锰钢斗齿的齿尖部位, 齿尖的耐磨性有一定提高。镶铸法制作复合斗齿的两种金属结合是否牢固至关重要, 因而成为技术决窍之所在。此法的优点是易于控制耐磨部分的比例, 生产工艺并不复杂; 缺点是预制块要进行预处理, 两种金属难于熔接, 若工艺不过关, 则结合强度低, 使用中镶块易脱落。31电渣熔铸斗齿电渣熔铸是在电渣重熔工艺基础上, 把电渣重熔精炼金属与铸造成型工艺结合成一体获得优质铸件的方法, 近年来发展

16、很快。原苏联的斗轮式挖掘机上使用整体电渣堆焊斗齿(材质为HCCL 10, 比普通堆焊斗齿的寿命提高1020倍。原苏联还用V 、C r 、M n 的合金白口铁材料, 经电渣重熔制作挖掘机齿尖、扇形齿轮等, 以提高铸件的冲击韧性。分析发现, 这类铸铁的组织是韧性的片状奥氏体和弥散分布于其上的碳化物硬质点。还可以通过改变含M n 量和热处理来获得不同的奥氏体和马氏体基体组织。以奥氏体为基体的斗齿, 冲击韧性一般可达712J c m 2; 以马氏体为基体的斗齿, 与热处理后硬度为HRC 60HRC 63的65钢相比较, 相对冲击韧性为212215。四、结语长期以来, 挖掘机斗齿的抗磨性及制作工艺一直为

17、国内外有关人士所关注, 虽说取得了一些技术成果, 但仍显不足。当前, 双金属复合斗齿形成了占据主要位置的形势, 并逐步向双液加筋双重复合生产斗齿的方向发展, 从而使斗齿的性能日臻完善。参考文献1邵荷生. 磨料磨损的基础与发展. 风扇磨煤机及其易损件论文选集, 水利电力机械编辑部, 19892李冶成. 国外挖掘机斗齿材料. 矿山机械, 1986(3 :213陈再良、李亚兰. 矿用挖掘机斗齿的研制. 矿山机械, 1992(9 :374汤名奇、高福友. 组合铲齿的问题及整体铲齿的研制. 矿山机械,1985(4 :205吴恩华. 国外工程机械中工作装置的耐磨材料概况. 国外工程机械, 1987(10 :236A . Rom aco lo ti et al . B i m etallic Ro lling M illing Cylinders O btaindby E lectro slag R em elting of T ubular M etal Pow der E l