关于桶状齿的一些见解

由于高锰合金钢复合材料韧性强,其表面可覆以高硬度耐磨合金,从而显著提高铲斗齿的表面强度,获得更理想的铲斗齿。鉴于其在耐旱性方面具有很强的原则性,材料中应选用高硬度、高耐磨性的堆焊合金。
相关研究表明,高铁合金比高锰钢具有更强的耐磨性,因此高铁合金或马氏体铸铁合金常用于制造新的铲斗齿和修复旧的铲斗齿。修复时,可先用乙炔火焰切割旧铲斗齿的齿尖,留下一定的凹槽,然后用奥氏体钢锰焊条对原齿形进行相应的处理,最后在表面进行堆焊处理,以提高矿山大型挖掘机的耐磨性。

首先是切割机构
当铲斗齿在高冲击载荷下与岩石(矿石)相互作用时,一方面,它与岩石(矿石)表面接触并产生较大的冲击力,如果铲斗齿材料的屈服强度较低,则铲斗齿尖会产生一定的塑性变形,容易形成塑性沟槽。另一方面,当铲斗齿插入岩石(矿石)时,如果铲斗齿的硬度低于岩石(矿石)的硬度,则岩石(矿石)颗粒会被推入铲斗齿表面,从而产生弯曲或螺旋状的长切屑,形成切削槽,并可能伴有微切屑。由于剪切作用和大量变形,切屑产生大量的变形潜热,出现紧密排列的滑移台阶,形成皱纹;此外,切屑与岩石(矿石)摩擦产生摩擦热,变形潜热和摩擦热的共同作用使切屑温度急剧升高,发生动态再结晶、回火软化、动态相变等现象,改变切屑的内部结构,部分切屑还出现局部熔化现象。
第二,疲劳剥离机制
铲斗齿插入岩石(矿石)中往复运动,其表面形成的塑性犁沟在抬升过程中被岩石颗粒多次破碎,形成金属多流面。当铲斗齿材料应力超过强度极限时,会产生裂纹和脆性裂纹。前者裂纹垂直于磨损方向,后者裂纹或撕裂则沿磨损方向向下,正面呈光滑的沟槽条纹状,背面较为平坦,两侧则形成由破碎变形产生的重叠条纹。如果岩石棱角分明,则会剪切变形层并形成扁平片状、边缘粗糙的碎屑。此外,当铲斗齿与岩石反复作用时,铲斗齿会发生塑性变形,导致较高的加工硬化效应,使得铲斗齿齿面变脆,在岩石的强烈冲击下,齿面会形成脆性碎屑,其表面会出现深度不一的放射状裂纹。这种脆性开裂特性严格来说也是一种疲劳剥落机制。磨损失效机制与材料和工况有关,主要包括切削、疲劳剥落等机制。一般来说,切削机制在铲斗齿的磨损失效过程中占主导地位,可达70%以上;随着铲斗齿硬度的增加,疲劳剥落机制逐渐增加,占20%~30%;当材料硬度达到上限时,脆性增大,可能发生脆性崩裂。对于以切削机制为主的工况,提高铲斗齿材料的硬度有利于提高其耐磨性;对于疲劳剥落机制,则要求材料具有良好的硬韧性配合。高硬度高断裂韧性、低裂纹扩展速率和高冲击疲劳强度均有助于提高材料的耐磨性。


发布时间:2023年6月27日