液压凿岩机活塞新材料开发和设计质量评估

第10卷第2期中国有色金属学报2000年4月

Vol.10No.2Apr. 2000TheChineseJournalofNonferrousMetals

文章编号:1004-0609(2000)02-0234-06

液压凿岩机活塞新材料开发和设计质量评估

周梓荣1,曾曙林1,罗亮光2

(1.湖南工程学院机械系,湘潭411104;2.湘潭风动机械厂,湘潭411103)

摘 要:研制了一种具有Cr-N-iMo新配比的低碳合金钢作为液压凿岩机冲击活塞用材,与常规活塞用材进行了金

相组织、静强度、热处理后的表面和断面显微硬度及工业性对比试验,测试了凿岩机冲击性能。结果表明:该材料具有良好的淬透性、合理的金相组织和断面硬度分布以及较好的力学性能。还提出了应用凿岩机活塞冲击应力波波值系数初步评估所设计活塞性能的方法。

关键词:液压凿岩机;冲击活塞;低碳合金钢;应力波

中图分类号:TH142.1 文献标识码:A

在矿山、铁路、公路、港口、水电、煤炭和石材等工业企业中,凿岩设备是必不可少的主要施工设备之一。目前已有20多个国家的数十家公司相继研制成功上百种系列齐全、规格品种配套的液压凿岩机,并在工程施工中得到了广泛应用。然而在工作性能与可靠性等方面,国产液压凿岩机与国际先进水平相比仍有较大差距,其关键零件 冲击活塞的使用寿命只能稳定在10000m以内,而法国、瑞典等国的同类产品都能稳定在20000m左右。为此,作者在参加国家 八 五 科技攻关项目(85-201-02-01-1)的研究中,开发了一种具有Cr-N-iMo新配比的低碳合金钢作液压凿岩机冲击活塞用材料,并且运用冲击应力波的波值系数初步评价了所设计活塞的合理性,取得了一些提高液压凿岩机性能和活塞寿命的好成果。以下,本文将着重介绍它们。

[1~3]

低碳合金钢[8]。参照国产钢材牌号命名为25CrNi3MoA,并与国内广泛使用的20CrMnMo及40CrNiMoA作了对比性实验。

1.1 材料成分及热处理工艺

新钢材25CrNi3MoA在150kg真空感应炉中冶炼,浇注成钢锭后锻制成d50mm 50mm棒材,与对比用钢20CrMnMo,40CrNiMoA均按图1加工成试样。材料化学成分及热处理工艺见表1和表2

。

图1 试验用活塞几何形状(mm)

1 活塞用新材料的开发

液压冲击活塞受力情况复杂,其失效形式不属于普通的疲劳破坏,也不属于过载破坏,而是端面

压碎剥落和下凹[4,5]。提高冲击活塞可靠性指标的关键是选择合适的耐冲击、抗疲劳材料和进行适当的热处理。在分析了瑞典、法国等国先进产品的基础上,根据低合金钢合金化的设计方法

[6,7]

Fig.1 ExperimentalpistonofhydraulicdrillYYG90SX(mm)

1.2 金相试验

按图1将成品活塞在标记处线切割取样(1~5号试样),其中1号和2号为活塞头部试样,4号和5号为活塞尾部试样;各试样均经抛磨和化学腐蚀后观察,腐蚀剂为4%~5%的硝酸酒精。检测设备为光学金相显微镜。1.3 力学性能试验

,结合

国情研制出一种具有Cr-N-iMo合金元素新配比的

基金项目:国家重点科技计划资助项目85-201-02-01-1 收稿日期:1999-11-11;修回日期:2000-01-18),,,

第10卷第2期 周梓荣,等:液压凿岩机活塞新材料开发和设计质量评估 235

3种冲击活塞用材的化学成分

Table1 Chemicalcomposition(massfraction,%)ofthreekindsofsteelmaterialsformakingpiston

表1

Materialbrand25CrNi3MoA20CrMnMo40CrNiMoA

C0.22~0.280.17~0.230.36~0.44

Cr0.80~1.201.10~1.400.60~0.90

Mn0.40~0.700.90~1.200.50~0.80

Si0.17~0.370.17~0.370.17~0.37

1.25~1.75

Ni2.75~3.25

Mo0.20~0.400.20~0.300.15~0.25

<0.02V<0.02

P<0.02

Febalancedbalancedbalanced

表2 材料的热处理工艺

Table2 Heattreatmenttechnologiesofthreekindsofsteelmaterialsformakingpiston

Materialbrand25CrNi3MoA20CrMnMo40CrNiMoA

Heattreatmenttechnology

920 carbonization+annealing+830 oilquenching+200~250 tempering(930 10) carbonization+annealing+830 oilquenching+200 tempering900 carbonization+annealing+850 oilquenching+550~650 tempering

1)物理机械性能试验

液压凿岩机冲击活塞属于承受小能量重复冲击的零件,决定其使用寿命的主要是强度,对冲击韧性要求不高,因此只需采用万能拉伸试验机测试钢材的静强度。

2)显微硬度检验

对25CrNi3MoA钢活塞测试表面硬度,然后从距表面距离0.05mm处开始检测断面硬度,检测点距离逐次增加0.1mm。检测在ZWICK显微硬度计上进行,用1.96N负荷测定。1.4 工业性试验

将三种对比材料加工成冲击活塞配装在YYG90SX型导轨式液压凿岩机上,在相同试验条件下进行工业性试验,钻凿炮孔直径d42mm,岩石单轴抗压强度为80~110MPa。考核指标为凿岩机累计钻凿炮孔的延米(m)数。1.5 结果与分析1.5.1 金相组织

对比用钢20CrMnMo热处理后渗碳层从表层至里层的显微组织结构为

表层:细珠光体和条网状碳化物,图2(a);次表层:粗大淬火马氏体及较多残余奥氏体,图2(b);

里层:粒状及羽毛状贝氏体,图2(c)。研制的25CrNi3MoA钢热处理后试样在高倍光学金相显微镜下观察,1~5号试样显微组织基本一致。从表层至里层的显微组织为

表层:细针片状高碳回火马氏体和细粒状碳化物及15%残余奥氏体,图3(a);

次表层组织与表层基本相同,但残余奥氏体和细粒状碳化物较表层略多些,图3(b);

心部:低碳条状回火马氏体,图3(c)。< …… 此处隐藏：8031字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……