Зубья ковша экскаваторов являются важными компонентами, а также уязвимыми частями, в то время как зубья ковша бывших в употреблении экскаваторов более уязвимы. Комбинированный зуб ковша, состоящий из посадочного места и кончика зуба, соединенных штифтом. Из-за износа и выхода из строя зубьев ковша кончик зуба является единственной деталью, которую необходимо заменить.
Анализ случая:
Зуб ковша карьерный экскаватор рано вышел из строя из-за сильного износа в процессе эксплуатации. По данной партии зубьев ковша были проанализированы форма разрушения и причина повреждения поверхности зубьев ковша, а также предложены меры по улучшению.
Зубья ковша экскаватора являются важными компонентами и уязвимыми частями экскаваторов. Они представляют собой комбинацию зубьев ковша, состоящих из посадочного места и кончика зуба, которые соединены штифтом. Из-за износа и выхода из строя зубьев ковша кончик зуба является единственной деталью, которую необходимо заменить.
1、 Форма отказа
Зубья ковша экскаватора подвергаются разной степени износа и ударам во время эксплуатации в различных условиях работы, что приводит к различным степеням и формам отказов. Зуб ковша выходит из строя уже через 3 дня использования (около 36 часов) при нормальных условиях работы, что не соответствует требованиям как с экономической точки зрения, так и с точки зрения использования. На макроскопических фотографиях вышедших из строя деталей этой партии видно, что на передней рабочей поверхности зубьев ковша экскаватора имеются явные бороздоподобные царапины, с небольшой пластической деформацией на вершине и отсутствием трещин. Передняя рабочая поверхность (поверхность, соприкасающаяся с землей) самая тонкая, около 4 мм, а задняя рабочая поверхность около 8 мм.
2、 Анализ и обсуждение
(1) Анализ сил показывает, что рабочая поверхность зубьев ковша соприкасается с выкапываемым объектом, а ситуация сил меняется на разных рабочих этапах всего процесса выемки грунта. Когда кончик зуба впервые касается поверхности материала, кончик зуба ковша подвергается сильному удару из-за его высокой скорости. Если предел текучести зубьев ковша низкий, на вершине произойдет пластическая деформация. По мере увеличения глубины раскопок усилие на зубьях ковша будет меняться. Когда зубья ковша разрезают материал, зубья ковша перемещаются относительно материала, создавая значительное положительное давление экструзии на поверхность, что приводит к возникновению значительной силы трения между рабочей поверхностью зубьев ковша экскаватора и материалом. Если материал представляет собой блоки твердых пород, бетон и т. д., сила трения будет значительной. Повторяющееся воздействие этого процесса приводит к различной степени поверхностного износа рабочей поверхности зубьев ковша, что приводит к образованию более глубоких борозд. Положительное давление на переднем забое значительно больше, чем на заднем, и передний забой сильно изношен. Можно определить, что избыточное давление и трение являются основными внешними механическими факторами, вызывающими выход из строя зубьев ковша экскаватора, играющими основную роль в процессе выхода из строя.
(2) Анализ процесса: возьмите два образца с передней и два образца с задней рабочей поверхности и отшлифуйте их для проверки твердости. Установлено, что на одном и том же образце имеется значительная разница в твердости, и предварительно установлено, что материал неоднороден. После шлифовки, полировки и коррозии образцов было обнаружено, что на каждом образце имеются явные границы, но положение границ различно. С макроэкономической точки зрения окружающая область выглядит светло-серой с более темным цветом посередине, что указывает на то, что деталь, скорее всего, представляет собой залитую отливку. С поверхностной точки зрения закрытая часть также должна представлять собой встроенный блок. Испытания на твердость проводились по обе стороны границы с помощью цифрового твердомера Роквелла HRS-150 и цифрового микротвердомера MHV-2000 и были обнаружены существенные различия (см. табл. 1). Приведенный выше анализ подтверждает, что зубья ковша имеют вставную конструкцию. Закрытая часть представляет собой вставку, а окружающая часть — подложку. Их состав аналогичен, легирование осуществляется такими элементами, как Cr, Mn, Si и т. д. Основными легирующими компонентами (массовая доля %) являются 0,38C, 0,91Cr, 0,83Mn и 0,92Si. Механические свойства металлических материалов зависят от их состава и процесса термической обработки. Сходство состава, но различия в твердости указывают на то, что зубья ковша использовались без термической обработки после литья. Последующие организационные наблюдения также подтвердили это.
(3) Анализ микроструктуры и металлографическое наблюдение показывают, что матрица в основном состоит из черной мелкочешуйчатой структуры, а структура инкрустации состоит из двух частей: белого блока и черной мелкочешуйчатой структуры. Более того, вдали от площади поперечного сечения встречаются еще белые блочные конструкции. Дальнейшие испытания на микротвердость доказывают, что белая блочная структура представляет собой феррит, а черная мелкочешуйчатая структура представляет собой смесь троостита или троостита и перлита. Образование крупных ферритовых блоков во вставке аналогично образованию некоторых зон фазового перехода в зоне термического влияния сварки. Благодаря термическому воздействию расплавленного металла в процессе литья эта область находится в двухфазной зоне аустенита и феррита, где феррит полностью растет и его микроструктура сохраняется при комнатной температуре. Из-за относительно тонкой стенки зубьев ковша экскаватора и большого объема вставки температура в центре вставки низкая, и крупный феррит не образуется.
(4) Анализ производительности показывает, что износостойкость подложки и вставки в условиях испытания на абразивный износ при малом ударном воздействии лучше, чем у закаленной стали 45, по результатам испытаний на износ на машине для испытания на износ MLD-10. В то же время существует разница в износостойкости между подложкой и вставкой, причем подложка более износостойка, чем вставка. Состав с обеих сторон подложки и вставки аналогичен, что указывает на то, что вставка в зубьях ковша в основном выполняет роль холодного утюга. Измельчайте зерна матрицы в процессе литья, чтобы повысить их прочность и износостойкость. За счет воздействия тепла литья на вставку образуется структура, аналогичная зоне термического влияния сварки, что не повышает износостойкость. Если после отливки провести соответствующую термообработку для улучшения структуры подложки и вставки, это значительно улучшит износостойкость и срок службы зубьев ковша экскаватора.
3、 Заключение
(1) Материал зубьев ковша — низколегированная износостойкая сталь, подходящая для зубьев ковша. Однако из-за отсутствия необходимой термической обработки структура зубьев ковша экскаватора неровная, и вкладыши не играют должной роли. Общая износостойкость зубьев ковша низкая, что приводит к преждевременному выходу из строя.
(2) Рекомендуется соответствующим образом нормализовать отливку после отливки, чтобы улучшить ее структуру и свойства, а также продлить срок ее службы. После разумной термообработки отливки срок службы зубьев ковша увеличился почти в два раза при тех же условиях работы.