采煤机导向滑靴的新材料新工艺研制

1 问题分析
常用的导向滑靴材料一般采用 ZG35CrMnSi , 经常 是在其导向槽里焊耐磨板 , 常见损坏方式是底钩和导 向侧壁断裂 , 耐磨板严重磨损 。 结构示意图见图 1 , 从 图 1 中可知 , 底钩和导向侧壁比较薄弱 , 当碰到地势起 伏较大时受到的冲击性也相对较大 , 因此要求抗拉性
曲线图如图 5 所示(其他同方案一曲线)。 此方案对于工件在渗碳回火后所有加工尺寸留余
量单边 1 mm , 以补偿后面调质后的变形 , 在第二次调 质后再把所有尺寸加工到图纸要求 。
图 5 渗碳后调质曲线图
2 .2 .2 机械性能的对比
把随炉试块加工成的 3 件 20 mm ×200 mm 试棒按 照方案一处理后 , 按照标准加工成 3 抗拉 3 冲击试块 , 做机械性能试验[ 3] 5-15[ 4] 3-6 :结果见表 6 所示 。
对工件 1 进行破坏取样 , 取样部位在导向侧壁 , 加 工成 3 拉 3 冲试样 , 分别检测硬度并对其进行机械性 能试验 , 数据如表 9 所示 。
表 9 ZG 12Cr2N i4i 的机械性能试验
σb/MPa 1 095
σs/MPa 890
A(%) 13
Aku/ J 95
硬度 HBS 260
Abstract Guide sliding boots is an important point in walking part of coal winning machine , But the high failure rate of the serious influence the efficiency of coal mining .Through the commonly used guide sliding boots failure mode analysis , mechanical property of the actual comparison and adjustment of heat treatment plan to control the deformation .From the aspects of material optimization and production process research , a high reliability direction sliding boots is developed .
0 .5 ～ 0 .7 0 .4 ～ 0 .7
0.1 ～ 0.15 0 .05 ～ 0.12
0 .2 ～ 0 .4 0.15 ～ 0 .38
从表中看出 , 渗碳回火后的变形通过留 得 1 mm 余量加工后可以消除 , 加工到最终尺寸后最后进行表 面感应淬火引起的变形比较小 , 在允许的使用范围之 内。
能和抗冲击性能都要很高 , 而从 ZG35CrMnSi 的机械性 能(表 1)来看 , 其冲击功 Aku 大于 31 , 明显不能满足受
图 1 导向滑靴结构图
到冲击时的使用要求 。对损坏 的耐磨板检测硬 度 , 从 HRC50 ～ 56 不等 , 硬度偏低 , 这是由于焊接时候造成的 不同程度的退火形成的 。 综上所述 , 要选择一种抗拉 性能不低于 ZG35CrMnSi , 抗冲击性远高于其并且还要 具有很高耐磨性的材料 , 才能适应实际工况 的需要 。 通过对多种材料的对比 , 决定采用以 ZG 12Cr2Ni4[ 1] 为 基础 , 再加入微量稀土对其进行复合变质处理 , 从而改 变其夹杂物的形态 , 改善加工性能 , 提高强度 、韧性 、耐 磨性和抗氧性 。 取消耐磨板 , 直接在原焊耐磨板部位
Key words Guide sliding boots Carburizing and quenching ZG12Cr2Ni4 Surface hardening
0 引言
随着煤矿采煤机械化水平的不断提高 , 大型采煤 机设备的应用 , 不断地提高了采煤机械化水平 。导向 滑靴是一种采煤机靠近采空区侧与安装在输送机上齿 轨或齿条上 , 内部有行走齿轮沿齿轨行走导向行走的 滑靴 , 它是采煤机的重要支撑点 。 受煤层形成因素的 影响 , 综采工作面会遇到断层 、褶曲 、煤层起伏变化 、地 质构造带异常等现象 , 使采煤机工作情况振动起伏 , 对 设备的冲击较大 , 作为关键支撑点的导向滑靴 , 经常出 现断裂 、磨损严重等事故 , 并且作为一种易损件 , 更换 起来比较麻烦 , 严重制约了采煤业的发展 。 因此开发 一种可靠性高的导向滑靴就显得非常必要 。
从结构图 1 中可以看到 , 其滑动导向部分需要耐 磨和高硬度 , 所以此部位要渗碳 , 而其他部位只需保证 机械性能要求就可以 , 并且此工件为不规则产品 , 壁薄 不对称 , 热处理时候的变形极难控制 , 此材料淬火后基 体硬度大于 HRC40 , 所以此工件的难点在于既要考虑 变形的控制又要考虑可加工性 。对其滑动导向需要耐
[ 4] 全国钢标准化技术委员会 .G B/ T229 -2007 金属材 料 金属材料 夏 比摆锤冲击试验方法[ S] .北京 :中国标准出版社 , 2008:3 -6 .
磨部位确定为有 效渗碳层深度 4 .5 ～ 5 mm 。 综合考 虑 , 采用 2 套方案 。
第一套方案 :正火 +调质 +渗碳 +高温回火 +滑 动导向槽部位表面淬火 +低温回火[ 5] 132 -136 。 曲线图 如图 2 ～ 图 4 所示 。
图 2 正火加调质曲线图
图 3 渗碳加回火曲线图
图 4 表面感应淬火处理曲线图
此方案对于工件在渗碳回火后全部加工到图纸要 求尺寸 。
第二套方案 :正火 +调质 +渗碳 +高温回火 +调 质 +滑动导向 槽部位表 面淬火 +低温 回火[ 5] 132 -136 。
第 37 卷 第 06 期 采煤机导向滑靴的新材料新工艺研制 1 21
表 6 ZG 12Cr2N i4i 的机械性能试验
σb/MPa
σs/MPa
A(%) Aku/ J
硬度 HBS
960
785
11
95
198
961
790
10
88
211
980
796
10
90
205
把随炉试块加工成的 3 件 20 mm ×200 mm 试棒按
照方案二处理后 , 按照标准加工成 3 抗拉 3 冲击试块 , 做机械性能试验[ 3] 5-15[ 4] 3-6 , 结果见如表 7 所示 。
关键词 导向滑靴 渗碳淬火 ZG12Cr2Ni4 表面淬火
Development of New Technology and New Material of Guide Sliding Boots of the Coal Winning Machine
Zhao Jiadong
(Zhengzhou Research institute of Mechanical Engineering , Zhengzhou 450052 , China)
第 37 卷 第 06 期 采煤机导向滑靴的新材料新工艺研制 1 19 文章编号 :1004 -2539(2013)06-0119 -03
采煤机导向滑靴的新材料新工艺研制
赵家栋
(郑州机械研究所 河南 郑州 450000)
摘要 导向滑靴是采煤机行走部位中一个重要的支撑点 , 但极高的故障率严重影响了采煤效率 。 通过对常用导向滑靴的失效方式分析 、机械性能的实际对比和热处理方案的调整来控制变形 , 从材料优 化和制作工艺方面研发出高可靠性的导向滑靴 。
12 0 机械传动 2013 年
加厚本体至最终尺寸 , 通过对此部位渗碳淬火使其硬 度达到 HRC58 ～ 62 , 从而提高其硬度和耐磨性 。 最终 确定的材料化学成分见表 2 , 机械性能见表 3 。
σb/MPa ≥785
表 1 ZG 35CrMnSi 的机械性能
σs/MPa ≥640
A(%) ≥12
Aku/ J ≥31
硬度 HBS 243 ～ 290
C
Si
0 .1～ 0 .16 0 .17 ～ 0 .37
Mn 0 .3 ～ 0 .6
S ≤0 .035
表 2 ZG 12Cr2N i4i 的化学成分
[ 2] 机械工业冶金设备标准化技术委员会 .JB/T5000 .14-2007 重型 机 械通用技术条件 第 15 部分 :铸钢件无损探伤[ S] .北京 :机械工业 出版社 , 2008:2 -6.
[ 3] 全国钢标准化技术委员会 .G B/ T228 -2002 金属材 料 室温拉伸 试 验方法[ S] .北京 :中国标准出版社 , 2002 :5 -15.
表 5 ZG 12Cr2N i4i 的机械性能
σb/MPa 1 180
σs/MPa 880
A(%) 12
Aku/ J 118
硬度 HBS 242
1 200
895
13
102
256
1 190
910
12
100
267
从以 上 3 组数据 可看 到调 质硬 度为 HBS240 ～ 269 , 符合表 3 要求 。
硬度 HBS ≤269
2 新材料的铸造和热处理工艺控制
2 .1 新材料的铸造
以表 2 为依据调配化学元素 , 采用树脂砂造型 , 真
空冶炼 , 铸样品 2 件 , 同炉铸 30 mm ×250 mm 试样 12
件 , 铸后退火加喷丸处理 , 精整后取样化 验成分见表
4 , 并 且对 其进 行超 声波 探伤 , 符 合 JB/T 5000 .14 2007 Ⅱ级要求[ 2] 。
3 验证
对铸好的 2 件样品按照方案二进行热处理 , 分别
在渗碳回火后和表面感应淬火后对工件上面销孔部位 和下面滑动导向部位进行变形测量(见表 8)。