铸钢主刀板的磨损和断裂情况分析

HEATS

本文对铸钢主刀板的磨损和断裂情况进行了分析，并试验了多种耐磨材料，从中选择了合适的耐磨材料，使主刀板的性能达到了要求。 7 {4 q2 ]+ f3 A% }( S

 

& I8 _7 K5 V# A. N/ n, \4 _

    一、对铸钢主刀板破坏情况的分析

1 g7 p: [' j; N+ v: z

    1. 磨损形式分析

/ _4 O; r& \' j

    装载机作为一种重要的工程机械，其主要作业对象是土方、砂石、煤炭、硬金属屑( 比如钢渣) 等。这些类型的磨料在压力作用下，对铲斗主刀板进行显微切削，即产生了磨损。再对市场反馈的信息分析，断定主刀板主要磨损形式为磨料磨损，其次在作业大块砂石时还存在冲击磨损。

6 G o2 X7 ~5 n' _

    2. 断裂形式分析

: _1 ?& i. A/ G- f' V

    对市场上发生的装载机主刀板的断裂情况进行观察，发现断裂区域都是从焊接热影响区或铸造缺陷区开始的，在主刀板使用过程中，常会从这些薄弱区域开始断裂，然后迅速扩展，造成主刀板脆断。通过对主刀板生产过程进行分析，查出造成主刀板产生薄弱区域的因素主要有：

6 e. n0 ^7 U0 k- f4 D# ~7 ^, Z( B

    ( 1) 主刀板有铸造缺陷，铲斗使用时容易发生断裂。
    ( 2) 因工作效率、场地等因素的影响，主刀板焊接时预热温度不够或者焊后保温时间短等工艺措施不到位。
    ( 3) 焊接工艺参数不当，热输入量过大，使焊接过热区力学性能急剧下降。装载机使用不当，特别是仅仅用单个斗齿崛起大重量物料时，受力过于集中。

- k4 O* ?4 r' w( [0 M6 G( J$ h

    二、试验过程

2 X5 n" }/ e" L* Y

    1. 试验材料的选择

0 L$ U B: w0 F6 B$ i0 ~. Z4 S1 e

    主刀板基体材料选择力学性能高、焊接性好的低合金结构钢Q345 ( 16 Mn) 。根据主刀板的磨损形式及特点，堆焊焊条我们选择能承受一定冲击载荷并耐磨损的Cr - Mo - V 合金系材料。经过多方查找资料，我们选择了三种焊条材料进行试验，分别是市售耐磨堆焊焊条D227 、F W—4102 以及在D227 合金基础上改进的焊条XM—6 。

    2. 堆焊工艺

    ( 1) 堆焊前准备 ①主刀板坡口需用刨床机加工出来，待堆焊区域表面不允许有氧化皮、锈蚀、油污等污物。②堆焊焊条焊前需烘干，烘干温度300 ～350 ℃，保温1h 。③ 堆焊时，使用直流弧焊电源，采用反极性接法。

/ _: M8 U; C: J" E3 o

    ( 2) 堆焊工艺要点 ①为使堆焊层达到最好的耐磨状态，防止耐磨层合金元素过渡和稀释，堆焊分两层，每层焊接参数、焊缝尺寸、焊道间距等见表1 。②要求整个堆焊过程连续进行，尽量缩短每道间断时间，以保证层间温度。③前道焊缝焊后清理药皮、氧化皮等；如果有未熔合等焊接缺陷，可以进行局部焊补，焊后用珍珠粉或硅酸盐保温6h。④堆焊层总高度3 ～5mm，焊后用油压机校平。

' @; M4 B) g5 u8 i7 {! _' r3 O

    三、堆焊效果分析

, o/ s# y) [" b3 y' q

    1. 堆焊层熔敷金属分析

    利用直读光谱仪对堆焊层金属进行化学成分分析，具体数据见表2 。由表2 可看出， 焊条D227 和XM—6相对于FW—4102 主要是减少了可以使熔敷金属加工硬化的Mn；同时相对于FW—4102 和铸钢增加了可以使熔敷金属弥散强化的Mo 和V。

 

    2. 试样磨损分析

    在试验机上对三种堆焊的熔敷金属和原铸钢试块进行磨损试验， 耐磨性通过磨损量来衡量。根据铲斗主刀板作业对象， 选取三种磨料进行磨损试验， 分别是粗刚玉磨料、细湿石英沙磨料以及粗河沙磨料， 磨损时间为4h， 试验机的运转速度恒定。磨损试验结果分别见图3 、图4 、图5 ， 根据对试块的磨损分析， 决定选用XM—6堆焊焊条。

4 W1 [# m* r. |

 

    3. 成本分析

    尽管堆焊前需要对主刀板进行切割下料和机加工，但减少了主刀板与斗体焊接前的预热和焊后保温，所以堆焊主刀板比铸钢材料仍便宜很多，并且相对于铸钢材料性能又大大提高，减少了售后服务。另外，从成本上来讲， 堆焊主刀板也优于原铸钢材料，表3 是主刀板生产成本对比。

    4. 市场反馈信息分析

' F' [- ~( A& {+ a @. }( [

    用选定的焊条XM—6 做堆焊材料， 首批试验了100台装载机， 在使用了3 个月后对试验装载机进行了市场调研。结果表明， 堆焊后的主刀板在市场上反映良好，耐磨性较以前有很大的提高， 特别是主刀板断裂问题已经杜绝。

 

9 u) L. n D2 t, J

    四、结语

    堆焊主刀板代替铸钢主刀板不仅提高了主刀板的耐磨性， 而且还从根本上解决了铸钢主刀板断裂的问题，提高了装载机的使用性能。【MechNet】

: }8 F9 W( W. r8 V* ^- Y