PH2800XP电铲铲唇耐磨材料的研制与应用

第30 卷第10 期
2009 年10 月
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.30No.10
Oct. 2009工艺·装备
PH2800XP 电铲铲唇耐磨材料的研制与应用
刘志学1，程巨强1，李少春2
（1.西安工业大学材料与化工学院，西安710032；2.陕西省渭河煤化集团有限公司，陕西渭南714000）
摘要：根据露天煤矿大型电铲铲唇的工作条件和性能要求，研制了一种PH2800XP电铲铲唇用耐磨材料ZG30CrMnSiNi2，研究了不同的热处理工艺对其组织和力学性能的影响。

结果表明，900℃奥氏体化淬火、正火后随回火温度的提高，试验材料的强度和硬度逐渐降低，冲击韧度先降后升，350℃回火出现脆性，冲击韧度达到最低值，超过350℃回火冲击韧度升高。

正火、淬火后200℃回火具有较高的强度和一定冲击韧度，550℃以上回火具有良好的强韧性配合，研制的PH2800电铲铲唇
经过露天煤矿的应用，取得良好的应用效果。

关键词：ZG30CrMnSiNi2；铲唇；热处理；力学性能
中图分类号：TG142.72文献标志码：A文章编号：1003－0794（2009）10－0091－03
Development and Application of Bucket Lip Resistant Materials of
PH2800XP Excavator
L IU Zhi -xu e1，CHENG Ju - qian g1，LI Shao -c hun2
(1. M aterial S cience and Chem ical Engineering College，Xi’an Technological University, Xi’an 710032，C hina; 2.S hanxi
Weihe C hemical Corporation Group,Weinan714000，C hina)
A b s trac t：Aiming at the work conditions and propertie s requireme nt of buc ke t lip mate ria ls of large-
scal e excavator in strip coal mine,ZG30CrMnSiNi2wear resista nt mate ria ls for buc ke t lip of PH2800 XP excavator has be e n deve loped.The effect of different he at trea t on mic rostructur e and prope rtie s of test ma te ria l was studie d.The results show:with inc reasing tem pering tem pe ra tur e a fter norma lizing or
quenching at 900 ℃, strength and hardness of the bucket lip materials gradually decrease and toughness increase after decrease, the tempering brittleness appears at 350 ℃and toughness of the materials of bucket lip reaches lowest value. Tempered above 350 ℃the toughness increases. The test steel has better strength and certainly impact toughness normalizing or quenching at 900 ℃and tempered at 200 ℃, upwards of tempering at 550 ℃, the test material has best matching of strength and toughness. The good application result of wear resistant materials for bucket lip of PH2800 XP excavator in opencast coal mine was obtained.
K e y w ord s：ZG30CrMnSiNi2；buc ke t lip；hea t trea tme nt；mec ha nica l prope rties
0 前言
PH2800XP是引进美国P＆H公司大型电铲，斗
容范围达25.2m3，是大型露天煤矿常用的挖掘设备
之一。

其中铲唇是矿山挖掘机械中消耗量较大的耐
磨件之一，铲唇作为安装铲齿和完成物料铲装的部
件，是电铲铲斗刃部主要的耐磨件之一，工作时不
仅承受较大的挖掘静载荷和冲击载荷，而且和矿物
产生严重的磨料磨损，要求铲唇材料不仅要有较高
的强度和韧性、良好的耐磨性，由于铲唇是和铲斗
通过焊接的方法连接，而且要求具有良好的焊接性
能。

目前大型电铲铲唇材料主要有耐磨高锰钢，由
于高锰钢铸造性能较差，加之焊接性较差，铲唇与
铲斗焊接成本较高。

因此本文研制了一种焊接性良
好、具有高强度和高耐磨性的低合金铸钢电铲铲唇
材料，研究了不同的热处理工艺对材料组织和力学
性能的影响，为铸造低合金钢耐磨钢在铲唇耐磨件
方面的应用提供试验数据。

1 试验材料和试样制备
实验材料为中碳贝氏体铸钢，牌号为
ZG30CrMnSiNi2，化学成分范围为0.25％～0.35％C，
0.6％～1.0％Cr，0.6％～1.0％Si，0.9％～1.2％Mn，1.5 ～
2.5％Ni。

采用10t电炉熔炼，浇铸成相关的铸件，拉
伸试样和冲击韧度试样均取自于铸件实体附铸试
块，经过线切割加工和机械加工，拉伸试样加工为准6
mm的标准拉伸试样，冲击试样尺寸为10mm×10
mm×55mm的U形缺口试样。

拉伸试验机为CMT电
子万能材料试验机，冲击试验为JBN-300型冲击试
验机，硬度试验采用HR-150A型洛氏硬度计，材料
显微组织观察采用NIKON EPIPHOT300型显微镜，
试样的腐蚀液采用4%硝酸酒精。

冲击断口形貌观
55 50 45 40 35 30 25 20 70 60 50 40 30 20 10
H R C σ
A KU 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800
200
300
400 500 600
回火温度/℃
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PH2800XP 电铲铲唇耐磨材料的研制与应用———刘志学，等
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察采用 AMARAY -21000 型扫描电子显微镜。

试样 热处理工艺为：900 ℃淬火（油冷）和正火后进行不 同温度的 回火处理 ， 回 火温度分别 为 200 ℃、300
℃ 、350 ℃ 、400 ℃ 、450 ℃ 、500 ℃ 、550 ℃ 、600 ℃ 、 650 ℃，回火后冷却方式为空冷。

2 实验结果及分析
（1）热处理对 ZG30CrMnSiNi2 力学性能的影响 图 1 是 900 ℃正火后不同温度回火对试验材料 力学性能的影响。

可以看出，随着回火温度的提高， 试验材料的强度、硬度逐渐降低，冲击韧性呈先降 低后升高的变化趋势， 在 350 ℃左右回火出现回火 脆性。

出现回火脆性的主要原因与马氏体、贝氏体 分解析出碳化物有关。

从 900 ℃淬火不同温度回火后， 试验材料的力 学性能随回火温度的变化曲线（略）。

可以看出，力学 性能变化规律与正火后不同温度回火对力学性能影 响一致，即淬火后随回火温度的升高，试验材料的强 度和硬度值降低，冲击韧度值先降后升，350 ℃回火 出现回火脆性，此时冲击韧度值最低，超过 350 ℃回 火，随回火温度的提高，冲击韧性升高。

比较淬火和 正火处理后试验材料的力学性能，可以看出，正火 后 200 ℃回火试验材料的硬度为 HRC45， 强度为 1
660 MPa ，冲击韧度（A KU ）36 J ；淬火后 200 ℃回火试 验材料的硬度为 HRC46，强度为 1 670 MPa ，冲击韧 度 （A KU ）33 J ， 硬度和强度值正火和淬火后相差不
大，说明该材料具有较高的淬透性和淬硬性 ，对热 处理所采用的冷却介质不敏感 。

因此在实际 生产 中， 试验材料的热处理可以用正火替代淬火处理， 从而降低热处理生产成本。

图 1 试验材料 900 ℃正火不同温度回火的力学性能
（2）热处理后试验材料的组织
图 2 为 900 ℃淬火不同温度回火后的组织，从 图中可以看出，200 ℃低温回火的金相组织为回火 马氏体，组织呈板条状（见图 2（a ））。

随着回火温度 的提高，马氏体板条析出碳化物，组织有粒状化趋 势，在 650 ℃粒状比较明显（见图 2（d ）），其组织为 粒状铁素体和渗碳体的混合组织，为回火索氏体。

图 3 为 900 ℃正 火 不 同 温 度 回 火 后 的 组 织 。

200 ℃低温回火（见图 3（a ）），组织为马氏体和贝氏
体，也呈板条状。

同淬火不同温度回火一样，随回火 温度提高，马氏体、贝氏体组织发生分解，组织有粒
92
状化趋势。

正火高温回火（见图 3（d ））和淬火高温回 火组织（见图 2（d ））相比，正火高温回火组织粒状倾
向较小。

（a ）200 ℃回火
（b ）350 ℃回火
（c ） 550 ℃回火
（d ）650 ℃回火
图 2 淬火不同温度回火的组织(600×)
（a ）200 ℃回火
（b ）350 ℃回火
（c ）450 ℃回火
（d ）650 ℃回火
图 3 900 ℃正火不同温度回火后的组织(600×)
（3）试验材料的冲击韧度试样断口形貌 图 4 为 900 ℃淬火不同温度回火后的扫描断口 形貌。

淬火 350 ℃回火的冲击断口形貌（见图 4（a ）） 以沿晶断裂为主，属于脆性断裂特征，冲击韧度值 最低与脆性断口特征有关，因此实际生产要避免在 该温度进行回火。

600 ℃回火断口形貌为大量的塑 性变形撕裂棱和韧窝，属于韧性断裂特征，材料的 冲击韧度较高。

（4）实际应用
用 ZG30CrMnNi2 生产的大型电铲铲唇铸钢件， 经铸造、正火、低温回火热处理，在国内某露天煤矿 的 PH2800XP 电铲装机使用，结果表明，与铲斗的焊
H R C
A K U /J
σ /M P a
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轴承架的冷冲压拉深工艺及模具设计*
马玉钦，强建宁，李杰，任贵能
(贵州大学教育部现代制造技术重点实验室，贵阳550003)
摘要：从企业的生产需求出发，对轴承架进行冲压工艺分析。

对生产加工零件的冲压模具和拉深模具进行整体设计，使设计的产品能够实际加工生产。

在生产中经过检验，设计最终解决了企业的难题。

关键词：轴承架；冲压工艺；模具设计
中图分类号：TD355文献标志码：A文章编号：1003 － 0794（2009）10－ 0093－ 03
Drawing of Cold Stamping Process of Bearing Frame and Die Design
MA Yu - qin, QIANG Jian - n i n g,LI Ji e，REN Gui - n e n g
（Key Laboratory of Advanced M anufacturing, Guizhou University, Guiyang 550003,C hina) Abstract: From the enterprise demand, the stamping process of the bearing frame is analysed. Then an overall design for the stamping dies and tooling equipment of production and processing parts is done, and this makes the design conform to actual processing of production. Tested in production, the design solves the problems of enterprise.
Key words: bearing frame; cold stamping process drawing; die design
1 零件的分析
（1）零件的生产纲领及生产类型
轴承保持架的生产纲领为10000件/a，生产类
型为大批量生产，在制定工艺方案时应充分考虑大
批量生产的特点，制定合适的冲压工序。

（2）零件拉深工艺分析
零件基本参数：材料为08F（优质碳素结构钢），零件厚度t=2.9mm，零件外直径D1=66.1mm，零件内直径d=55.3mm。

* 贵州大学研究生创新基金项目(校研理工2009018)
图 1 零件的结构图
根据零件结构图（见图1），该零件外形较简单，在毛坯上进行一个冲裁和拉深工序就能完成对零件外形的加工，然后进行修边就可达到要求，考虑到零件设备的结构简单和经济性要求，可以考虑将
接性能良好，铲唇使用过程具有良好的耐磨性，装机使用1a多，使用效果良好。

（a）350 ℃回火（b）600 ℃回火图 4 900 ℃淬火不同温度回火冲击试样断口扫描形貌
3 结语
（1）研制的电铲铲唇铸钢材料，900℃淬火或正火后回火，随着回火温度的提高，强度和硬度逐渐降低，冲击韧度先降后升，350℃出现回火脆性，超过350℃回火冲击韧度增加。

350℃回火冲击韧度试样断口断裂特征以沿晶断裂为主，冲击韧度最低，650℃回火断口以韧窝为主，冲击韧度最高。

（2）ZG30CrMnNi2铸钢900℃淬火200℃回火，
获得强度1 670 MPa，硬度HRC46，冲击韧度（A KU）33J。

900℃正火，200℃回火，获得强度1661 MPa，硬度HRC45，冲击韧度（A KU）36J，淬火低温回火组织为马氏体，正火低温回火组织为马氏体和少量的贝氏体组织。

经过铸造、正火、低温回火热处理生产的ZG30CrMnNi2铲唇,应用于PH2800XP电铲取得了良好的使用效果。

参考文献：
［1］张永亭，罗随月.安家岭露天煤矿汽车及电铲选型的探讨［J］.露天采煤技术，1998（2）：5－7.
［2］程巨强.高锰钢铲齿及铲唇铸件断裂和开裂的防止［J］.工程机械，2008（4）：58－59.
［3］温立伟，李剑平.高锰钢电铲铸件的生产［J］.大型铸锻件，2008（2）：34－35.
作者简介：刘志学（1968－），陕西大荔人，硕士，副教授，主要从事新型耐磨材料及有色合金的研究与应用工作，电子信箱：6835@16
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收稿日期：2009－05－10 93
准61.1-0
017
准55.3+017。