刘学红,邹爱忠(山东天开钨业有限公司,山东聊城)



盾构硬质合金分析与应用

刘学红,邹爱忠
(山东天开钨业有限公司,山东聊城)

摘 要:盾构硬质合金应用环境复杂,从事地下掘进,对地质成分不明确的隧道、地铁等工程,在推进力、剪切力等大功率设备上,要求盾构合金具有很好的抗冲击韧性和耐磨性。

关键词:盾构合金;韧性;耐磨性;钴含量;晶粒度

随着近年来城市的快速发展,对交通运输等各方面的需求越来越高,城市地铁和隧道等的施工建设也就越来越多。目前国內约有30个城市正在进行城市地下轨道交通建设,加上大型的越江工程,规划建设的总里程超过12000公里,总投资估算超过1.3万亿元,作为在施工中起主导作用的盾构合金,应用是非常广泛的。我国目前年消耗盾构合金大约800吨左右,估计今后几年盾构合金用量有10%增长速度。由于受地质等各方面的影响,不同类型的硬质合金在施工中起了不同的作用。本文针对其中主要的影响因素进行分析以及阐述盾构合金的运用。

1　盾构合金钴含量分析

盾构机的应用环境是地下掘进,由于地质成分不明确,且盾构机是一种推进力、剪切力大的大功率设备,这就要求硬质合金具有很高的韧性。否则,硬质合金在高强的推力和剪切力作用下,容易产生碎裂和折断。

钴在硬质合金中作为粘结剂,对硬质合金贡献了韧性的作用,钴含量高,韧性就强,通过我们的实验,钴含量在10%～15%之间效果为佳,并分别生产了以下几种不同钴含量的硬质合金(图1～图2):

根据以上范围对不同钴含量硬质合金做了以下对比实验:

图1　盾构合金Fig.1 Shield cemented carbide

图2　盾构合金Fig.2 Shieldcementedcarbide

图3　盾构合金Fig.3 Shieldcementedcarbide

图4　盾构刀具Fig.4 Shield cutter

图5　盾构刀具Fig.5 Shield cutter

图4为钴含量低于10%的硬质合金使用情况,主要表现为合金容易出现碎裂;

图5为钴含量高于15%的硬质合金使用情况,主要表现为合金容易出现不耐磨问题。

2　盾构合金晶粒度分析

盾构机破岩原理是靠前面合金刀具的挤压和剪切作用,这就要求硬质合金有一定的耐磨性,即硬度,在合金中也表现为金相晶粒度大小。晶粒度越大,耐磨性越差,晶粒度小,耐磨性好。我们在实验过程中得出结论,晶粒度以3～5μm为佳。晶粒度5μm的合金磨损相对快,成本变高;晶粒度低于3μm的,在有的地质条件下容易出现硬质合金崩裂。我们分别生产了以下几种不同晶粒度的硬质合金(图6～图8):

图6　盾构合金Fig.6 Shield cemented carbide

图7　盾构合金Fig.7 Shieldcementedcarbide

图8　盾构合金Fig.8 Shieldcementedcarbide

根据以上范围对不同晶粒度硬质合金做了以下对比实验:

图9为钴的晶粒度低于3μm的硬质合金使用情况,主要表现为合金容易出现碎裂;

图10为晶粒度高于5μm的硬质合金使用情况,主要表现为合金容易出现不耐磨问题。

图9　盾构刀具Fig.9 Shield cutter

图10　盾构刀具Fig.10 Shield cutter

3　结论

经过以上分析,我们得出结论:(1)盾构合金中,钴含量选择很关键,关系刀具的韧性,钴含量10%～15%为最佳效果;(2)盾构合金中,晶粒度大小选择:晶粒度大小关系着刀具的耐磨性,以3～5μm为最佳效果。

俄媒称中国学者用金刚石建成世界首台量子计算机

俄媒称,中国学者使用一块金刚石建成世界上首台量子计算机。该计算机能够在不到一秒的时间内提取获得被编码的信息,而普通的计算机要完成这一工作则需要几年甚至十年的时间。

据俄罗斯卫星网12月11日报道,以杜教授为首的中国科技大学研究小组建立了一个新的系统,这个系统可以使用相应的方式退出体系结构。比起普通二进制计算机,这一系统使得能够进行更为大量的计算。通常,这种系统都需要带有气候检测的特别装备实验室,而这一新模型却能够在普通的房屋内也能够安全存放。其量子计算能够在普通室温的条件下工作,这是借助于金刚石中少量的氮来完成的。

报道称,这一工作的主要目的是使量子计算机能够用于商业。他们可以处理庞大容量的信息,并以比传统计算机更快的速度解决一些复杂问题。

就在两三年前,量子计算机被认为是大多数学者遥远的梦想。因大量的技术问题,很多人认为,在计算机能够投入应用之前,建造这一计算机则需要十年。

报道称,一些在量子机械基础上所研制出为特别计算所使用的系统首先是被美国一些公司所发明出来的,如其中的洛克希德马丁公司及洛斯阿拉莫斯国家实验室。 (参考消息网)

Analysis and Application of Shield Cemented Carbide

LIU Xue-hong,ZOU Ai-zhong
(Shandong Tiankai Tungsten Industry Co.,Ltd.Liaocheng,Shandong Province,China 252000)

Abstract:The application environment for shield cemented carbide is complex.Shield cemented carbide needs to have an excellent impact toughness and abrasive resistance as it is applied on high-power machine of propulsion and shear force used for underground excavation of projects such as tunnels and subway of unidentified geological composition.

Keywords:shield cemented carbide;impact toughness;abrasive resistance;cobalt content; grain size

作者简介:刘学红(1975-),天开钨业有限公司总经理,从事硬质合金管理与研发;邹爱忠(1978-),2002年毕业于南方冶金学院(现,江西理工大学)冶金工程专业,学士学位,工程师,一直从事地矿硬质合金生产与研发。

收稿日期:2016-02-11

中图分类号:TQ164

文献标识码:A

文章编号:1673-1433(2016)02-0024-03

引文格式:刘学红,邹爱忠.盾构硬质合金分析与应用[J].超硬材料工程,2016,28(2):24-26.