大型推土机松土器单齿支角断裂研究

2014-12-14王孟王忠冯显磊谢玲珍周兴国

金属加工(热加工) 2014年17期

王孟，王忠，冯显磊，谢玲珍，周兴国

松土器也叫尾钩，一般为单齿，也有两齿或三齿的，主要用于将硬土、次坚石、混凝土路面、风化石等粉碎和分裂，以便铲刀进行铲运作业。支角是松土器的最主要工作部件，在工作过程中需承受很大的冲击应力。因此，对支角的力学性能要求非常高。国内现有支角大多为30CrMo板材下料获得，此种支角适合于对力学性能要求较低的小功率推土机松土器支角，但对于大功率推土机松土器支角而言，不能满足其要求，频繁出现断裂现象。

1.原因分析

对断裂支角取样进行力学性能分析发现，30CrMo板材下料支角断裂的主要原因是由于力学性能没有达到要求。该支角的力学性能不足，主要是由于此种材料支角的淬透性没达到要求，从而造成无法获得所需淬硬层。经查阅国内外相关资料发现，大功率推土机松土器支角材料均含B，在B元素含量较低的情况下可大大提高淬透性。锻造可细化材料组织，提高致密性，提高淬透性，使材料力学性能提高，国外许多厂家生产的松土器支角均采用锻造工艺。根据以上研究结果及实际生产情况，从支角的结构、材料及工艺等方面入手，确定以下工艺方案。

（1）采用30CrMo-B板材，制作板材下料支角。

（2）采用35CrMo方坯，进行整体锻造，制作锻造支角。

（3）采用30CrMnMoB材料方坯，进行整体锻造，制作锻造支角。

2.试验材料及方法

（1）试验材料试验材料为30CrMnMoB、35CrMo、30CrMo-B、30CrMo，其化学成分见表1。

（2）试验方法 30CrMnMoB、35CrMo整体锻造支角的主要生产工艺流程：方坯→锻造→切割→正火→加工→淬火→抛丸→涂装→成品。30CrMnMoB、35CrMo整体锻造支角均采用方坯作为原材料，具体锻造工艺流程如图1所示。将坯料在加热炉中加热至1200℃，保温4～5h，杆部采用自由锻，尖部采用模锻，始锻温度为1200℃，终锻温度950℃，锻造比为7.5；板材轧制完成后进行切割，随后正火，正火温度为880℃，保温时间2h。

30CrMo-B、30CrMo板材，采用转炉冶炼，LF+VD精炼。模锻成材，锻造比≥6。30CrMo-B板材下料支角主要生产工艺过程：板材→下料→加工→淬火→抛丸→涂装→成品。为确定最佳淬火温度，以30CrMo-B板材下料支角为例，取样在不同淬火温度下进行试验，试验温度及结果见表2。根据试样组织、晶粒度等确定最佳热处理方案为：860℃淬火+230℃回火，其他几种支角均用此方案进行热处理。

表1 30CrMnMoB、35CrMo、30CrMo-B、30CrMo的主要化学成分（质量分数）（%）

3.试验结果及分析

对30CrMnMoB锻造支角、35CrMo锻造支角、30CrMo-B板材下料支角、30CrMo板材下料支角分别取淬透性试棒、拉伸试棒、冲击试棒进行力学性能检测，结果见表3（试验结果取平均值）。

从表3可看出，30CrMnMoB锻造支角力学性能最好，远高于其他几种支角，但是30CrMnMoB材料成本较高，再加上支角的锻造费用，此支角成本较普通方法30CrMo板材支角成本高，但其力学性能非常好，可用于开发高强度支角，满足不同客户需求；35CrMo锻造支角力学性能较好，材料成本与30CrMo相当，仅增加了锻造费用，适用性强，可推广使用；30CrMo-B板材下料支角是在30CrMo板材下料支角的基础上增加了B含量，增加了材料的淬透性，力学性能大大增加，且成本与30CrMo相当，没有增加其他成本，可大力推广替代原30CrMo板材下料支角。

30CrMnMoB锻造支角、35CrMo锻造支角、30CrMo-B板材下料支角、30CrMo板材下料支角淬透性的对比如图2所示。

从图2可看出，30CrMnMoB整体锻造支角淬透性远高于其他3种支角，硬度高于43HRC的深度超过了50mm（通常认为硬度大于43HRC的深度为淬硬层），由于此种支角厚度为90mm，也就是说此种支角可以完全淬透；35CrMo锻造支角淬硬层为35mm；30CrMo-B板材支角淬硬层为10mm，30CrMo板材支角的淬硬层仅有5mm。

从以上试验可看出，对材料锻造和增加B含量均可提高淬透性，从而提高材料的力学性能。