凿岩机钎尾选材、热处理工艺设计及分析

凿岩机钎尾选材、热处理工艺设计及分析

金属材料工程10060127 XXX 杨瑞成教授隋然助教

摘要

钎尾在工作时直接承受凿岩机高频冲击和强力扭转，钎尾应具有足够的强度和韧性，高的表面强度和耐磨性以及高的疲劳抗力和一定的耐腐蚀性能，心部具有良好的韧性。

35SiMnMoV常用钎尾的热处理工艺流程为：锻造坯料—去应力退火—机械加工—渗碳—淬火—低温回火—校直—抛丸—精磨。钎尾常见的缺陷是：表面硬度低、钎尾畸变过量、渗碳层深度不足、表面脱碳等，应该有相应的对策进行补救。

关键词：凿岩机；钎尾；35SiMnMoV；热处理；

一、凿岩机

凿岩机，利用钢钎的冲击和旋转作用在岩石上钻凿孔眼的石料开采机械。主要用于开采石料或拆除废弃建筑物。凿岩机有分风动式、电动式、内燃式和液压式四类。液压凿岩机在金属矿山、煤矿岩巷、化工采矿、水电涵洞、铁路和公路掘进工程中使用非常广泛！液压凿岩机主要有冲击机构、回转机构、供水排水机构和防尘系统等多部分组成[3]。

二、钎尾的选材

液压凿岩机的工作压力一般均在20MPa左右，有的可高达25MPa，每分钟冲击次数达到3000~4000次。钎尾是螺纹连接凿岩钎具的重要组成部分，在工作时直接承受凿岩机高频冲击和强力扭转，将凿岩机活塞运动的冲击功从钎尾尾端传递到钎杆和钎头，进行凿岩作业，同时在凿岩机转动套的带动下传递扭矩，使整个钎具的系统转动。钎尾内孔还受到快速流水的冲刷和矿水的腐蚀。因而钎尾应具有足够的强度和韧性，高的表面强度和耐磨性以及高的疲劳抗力和一定的耐腐蚀性能，心部具有良好的韧性；能够承受凿岩机高频冲击和强力扭转；抵抗流水的冲刷和矿水的腐蚀[2]。钎尾材料一般选用碳素钢或合金钢。

（一）碳素钢

碳素钢的性能主要取决于含碳量。按含碳量可以把碳钢分为低碳钢，中碳钢和高碳钢。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。低碳钢在使用前一般不经热处理，碳含量在0.15％以上的经渗碳或氰化处理，用于要求表层温度高、耐磨性好的轴、轴套、链轮等零件。高强度中碳调质钢，具有一定的塑性、韧性和强度，切削性良好，调质处理后有很好的综合力学性能，中碳钢主要用于制造较高强度的运动零件，重型机械的轴、蜗杆、齿轮等等，表面耐磨的零件，曲轴、机床主轴、滚筒、钳工工具等等。

（二）合金钢

在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的合金钢。根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀等特殊性能。合金钢的主要合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、稀土等。

（三）材料初选

由于钎尾形状的特殊性和复杂性，为了兼顾钎尾的弯曲疲劳强度，我们选定含碳量（质量分数）为

0.20%~0.35%，并含有Cr、Ni、Mo、V等元素，合金元素总含量在4%~6%的结构钢进行渗碳淬硬化处理，可满足钎尾的使用要求。

（四）材料终选

通过对国内外同类的比较，确定工艺质量指标为：渗碳层深度0.8~1.2mm，金相组织为马氏体+残余奥氏体+少量细粒碳化物；表层最大渗碳浓度0.8%，硬度HRC=54~60，心部金相组织为：板条马氏体+5%以下残余奥氏体，硬度HRC=44~48.通过加入不同的元素可以满足钎尾工作的性能要求。所以试确定选用低碳Cr-Ni-W和Si-Mn-Cr-Mo-V。由于合金元素Ni的加入会提高材料的价格也不太理想，所以最终选用35SiMnMoV作为钎尾的材料。

三、钎尾的热处理工艺

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的[1]。

35SiMnMoV常用钎尾的热处理工艺流程为：锻造坯料—去应力退火—机械加工—渗碳—淬火—低温回火—校直—抛丸—精磨。

低温回火后，钎尾的变形在前一部的热处理中已经存在，为了使以后的磨削顺利进行，我们通常采用校直钎尾。校直钎尾是一种要求很大劳动强度的步骤，我们利用手动压力机进行校直。

四、热处理设备

因为工件材料为低合金钢，热处理工艺为退火，淬火，回火对于低合金钢退火最高温度为【Ac3+(30~50)】℃，选择中温箱式电阻炉（上限950℃）即可。回火采用低温回火，选择低温箱式电阻炉。

（1）中温箱式电阻炉型号为Rx-35-9，基本参数：额定功率:35KW，额定电压：380V，额定温度：950℃，炉膛尺寸：950*450*350mm，最大装炉量：200Kg。

（2）低温箱式电阻炉型号为Rx-18-9，基本参数：额定功率：18KW，额定电压：380V，额定温度：650℃，炉膛尺寸：650*300*250mm，最大装炉量：90Kg。

（3）中温井式电阻炉型号为RJ-65-9，基本参数：额定功率:65KW，额定电压：380V，额定温度：950℃，炉膛尺寸：Φ600X1600mm,最大装炉量：700Kg。

五、结论

1 根据钎尾所处的工况分析对它的要求有，足够的强度和韧性，高的表面强度和耐磨性以及高的疲劳抗力和一定的耐腐蚀性能，心部具有良好的韧性；能够承受凿岩机高频冲击和强力扭转；抵抗流水的冲刷和矿水的腐蚀。

2 根据基本条件设计了一套热处理工艺路线图，锻造坯料—去应力退火—机械加工—渗碳—淬火—低温回火—校直—抛丸—精磨。通过一系列简单有效的操作流程，提高了钎尾的性能，同时延长了凿岩机的使用寿命。

3 钎尾常见的缺陷是：表面硬度低、钎尾畸变过量、渗碳层深度不足、表面脱碳等，应该有相应的对策进行补救。

4 中温箱式电阻炉型号为Rx-35-9；低温箱式电阻炉型号为Rx-18-9；中温井式电阻炉型号为RJ-65-9。

参考文献

[1] 张玉庭.热处理技师手册.机械工业出版社.2006.34-38

[2] 洪达灵，顾太和.钎钢与钎具.冶金工业出版社.2000.17-24

[3] 陈琳.提高液压凿岩机钎尾寿命的热处理工艺研究.10-20

[4] 沈小钧.可控气氛密封多用炉渗碳技术的发展及动向金属热处理.1998年第1期