采煤机行走轮失效机理分析及改进.doc

采煤机行走轮失效机理分析及改进 0 引言 电牵引采煤机的行走轮是行走装置的执行机构。采煤机井下工作环境恶劣，且行走时行走轮受冲击载荷的作用。这就要求采煤机行走轮不仅要有较高的弯曲强度，而且有较好的耐磨性。若行走轮发生故障将影响采煤机的开机时间，因此，行走轮失效机理进行的分析对提高采煤机工作效率有实际意义。 1 宏观检验 西安煤机公司向宁煤集团梅花井煤矿提供的MG650/1630-WD 采煤机在井下采煤过程中双联齿轨轮过早磨损磨坏，和销排啮合的齿轨轮轮齿工作面严重磨损，齿顶全部磨掉，而和驱动轮啮合的齿轮轮齿几乎没有磨损。报告显示采煤机齿轨轮材料为18Cr2Ni4WA，将其成分列于。 结合采煤机工作环境分析知齿轨轮的主要磨损形式为磨粒磨损。齿轨轮处于无润滑干摩擦状态，且齿轨轮轮齿与销轴之间有煤粒、粉尘等污染物形成磨粒磨损。主要表现为表层剥落、磨损及脱落，而且有齿尖断裂现象，以上现象表明齿轨轮渗碳层的耐磨性和强度不足。 2 微观检验 2.1 渗碳层深度 齿端面渗碳层深度为3.1mm，有效硬化层深度为1.71.8mm。 2.2 金相组织 经解剖检验，表面金相组织为回火马氏体加断续网状碳化物（如图1、2、3），芯部金相组织为回火马氏体图4；未发现有其他冶金缺陷。 3 硬度检验 端面硬度为5962HRC，芯部硬度为4445HRC，渗碳层硬度分布列于。 4 结果分析 1） 从可知，18Cr2Ni4WA 钢合金元素总含量大于5，属于高合金渗碳钢。18Cr2Ni4WA 渗碳冷却后，渗碳层中存在大量残余奥氏体，影响了钢的淬透性，同时由于合金元素含量较高，使C 曲线右移（Ni、Mn、W 都能增加过冷奥氏体的稳定性，从而使C 曲线右移），淬火临界冷却速度越小，钢的淬透性就越好，空淬也能得到马氏体和贝氏体，因而硬度较高[1]。但实践表面零件的渗碳层硬度为5862HRC，芯部硬度为3036HRC 时具有良好的综合性能[3]。硬度检验结果显示该齿轨轮端面硬度为5962HRC，芯部硬度为4445HRC。显然芯部硬度过高，使齿轨轮的抗冲击性及断裂性降低，容易出现轮齿塑性变形、齿面剥落甚至齿尖断裂。 2） 由硬度检验结果和表2 知材料经过热处理之后表层硬度为5962HRC，符合齿轮的技术要求。渗碳层深度与硬度关系表面，在0.3mm 左右处的硬度值达到最大，也符合一般的渗碳工艺特性要求，由此推断渗层深度达到了技术要求。 3） 微观检验结果显示采煤机行走轮表面金相组织为回火马氏体加断续网状碳化物，芯部金相组织为回火马氏体。表层的网状碳化物是由于渗碳过热，奥氏体晶粒不断长大，使渗碳体成魏氏体组织形貌，导致齿轨轮局部出现严重的塑性变形。渗碳表层组织中断续网状碳化物的存在破坏了表层组织的连续性，降低了材料的强度及韧性[5]。少量的魏氏体组织可以通过正火来消除，使粗大的马氏体转变为细片状的马氏体，提高齿轮的寿命。当回火温度为200℃左右时，淬火得到的马氏体中的碳以ε 碳化物的形式析出，使过饱和度减小，芯部形成回火马氏体组织[2]。此时齿轨轮硬度值下降较小，因此会出现齿轨轮芯部硬度为4445HRC的情况。 5 改进方法 1） 改进18Cr2Ni4WA 的热处理方法，要求热处理后表面组织为回火马氏体少量残余奥氏体，芯部组织为回火索氏体。这样齿轨轮轮齿表面具有高硬度、高耐磨性，芯部则有高的强度和韧性。 2 ）更换行走轮材料，选择耐磨性、强度均较高的模具钢Cr12MoV。 6 结论 1）18Cr2Ni4WA 渗碳后的组织硬度值能满足采煤机齿轨轮的要求，但是其芯部硬度过高导致齿轮的冲击韧性及断裂韧性降低、耐磨性不足，齿轨轮发生表面剥落、塑性变形及严重磨损。 2）金属材料热处理后的组织形态对材料的力学性能有较大的影响，细化组织晶粒能提高材料的韧性及耐磨性。 3）金属材料的含碳量对材料的硬度、脆性有较大的影响，含碳量越高材料的硬度及脆性也越高。 [参考文献] References [1] 齐乐华. 工程材料及成型工艺基础[M]. 西安西北工业大学出版社，2002. [2] 高汉文. 金相分析技术[M]. 上海上海科学技术文献出版社，1987. [3] 凤仪.金属材料学[M]. 北京国防工业出版社，2009. [4] 乐平,黄海清，郁凉峰. 18Cr2Ni4WA 钢渗碳后淬火工艺对组织和性能的影响[J]. 热处理，2008，23（5）2834. [5] 黄海清. 18Cr2Ni4WA 渗碳钢的热处理研究.热处理[J].热处理，2007,224952. [6] 郭晓红. Cr12MoV 冷作模具钢热处理工艺探讨[J].煤炭技术,2001,20665～66.