牙轮钻头牙爪轴颈等离子合金化强化的研究.pdf

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1、２０１７年４月武钢技术Ａｐｒ．２０１７·５８·第５５卷第２期ＷＩＳＣＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．５５Ｎｏ．２牙轮钻头牙爪轴颈等离子合金化强化的研究吴林川１，黄齐文２（１．武汉钢铁重工集团冶金重工有限公司，湖北武汉４３００８３；２．武汉华材表面科技有限公司，湖北武汉４３００７４）摘要：对牙轮钻头牙爪轴颈失效部位进行宏观、微观形貌分析及金相组织分析，认为牙爪轴颈在使用过程中产生塑性变形和疲劳磨损，造成滚柱卡死，从而导致牙轮钻头失效。通过等离子合金化强化工艺，提高了牙爪轴颈的抗回火软化性能和接触疲劳强

2、度，有效延长了牙轮钻头的使用寿命。关键词：牙轮钻头；牙爪轴颈；失效；等离子合金化强化中图分类号：Ｐ６３４．４＋１文献标识码：Ａ文章编号：１００８－４３７１（２０１７）０２－００５８－０４Ｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒｐｌａｓｍａａｌｌｏｙｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｏｆｒｏｌｌｅｒｂｉｔｊｏｕｒｎａｌ１，ＨＵＡＮＧＱｉｗｅｎ２ＷＵＬｉｎｃｈｕａｎ（１．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＨｅａｖｙＣｏｍｐａｎｙｏｆＷｕｈａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＨｅａｖｙＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐ，Ｗｕｈａｎ４３００８３，Ｃｈｉｎａ；２

3、．ＷｕｈａｎＨｕａｃａｉＳｕｒｆａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ，ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｐａｒｔｏｆｒｏｌｌｅｒｂｉｔｊｏｕｒｎａｌｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｏｌｌｅｒｇｅｔｔｉｎｇｓｔｕｃｋｗａｓｃａｕｓｅｄｂｙｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｆａｔｉｇｕｅｗｅａｒｏｆｔｈｅｊｏ

4、ｕｒｎａｌ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｏｆｒｏｌｌｅｒｂｉｔ．Ａｎｔｉ－ｔｅｍｐｅｒｉｎｇｓｏｆｔｅｎｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｃｏｎｔａｃｔｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｊｏｕｒｎａｌｗｅｒｅｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｐｌａｓｍａａｌｌｏｙｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｕｓｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｔｈｅｒｏｌｌｅｒｂｉｔｗａｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｏｌｏｎｇｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｅｒｂｉｔ；ｊｏｕｒｎａｌ；ｆａｉｌｕｒｅ；ｐｌａ

5、ｓｍａａｌｌｏｙｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ牙轮钻头是露天铁矿穿孔最常用的工具，穿与滚珠配合的轴颈部分磨损不明显，宏观上看仍孔效率高，崩矿量大，能够适应大型采掘装运设备然正常。由此可判断钻头失效与牙爪滚柱轴颈磨发展的要求。牙轮钻头穿孔通常是在十分恶劣的损失效存在很大关联。工作条件下进行，故对其设计和制造均有很高的１．２微观形貌要求。对客户的牙轮钻头使用情况进行了长期跟对图１（ｂ）中滚柱轴颈磨损严重部位进行取踪，统计数据表明，８２％的牙轮钻头因牙爪轴颈样，分析其微观形貌，如图２所示。从图中可以看先期损

6、坏而报废，１２％的钻头因牙轮合金齿磨损出，失效的滚柱轴颈内表面有一层强烈变形层，厚报废，５％的钻头因牙轮断裂报废，其余因其他原度约２３２μｍ。变形层底部有裂纹出现。［１－３］因报废。结合同行业关于牙轮钻头失效原因变形层底部裂纹放大形貌如图３所示，从图的分析，得出强化牙爪轴颈是提高钻头使用寿命中可见裂纹扩展方向与表层材料塑性变形方向一的关键途径之一。在此，对牙轮钻头牙爪轴颈的致，在外界应力的不断作用下，表层材料将沿着裂失效原因进行了分析，提出采用等离子合金化强纹方向发生剥落。化牙爪轴颈，从而提高牙轮

7、钻头寿命。１．３金相组织滚柱轴颈渗碳后次表层未失效部位和表层失１失效分析效部位的金相组织分别如图４（ａ）和４（ｂ）所示。１．１宏观形貌未失效部位的组织为正常渗碳马氏体组织，马氏牙爪宏观形貌如图１（ａ）所示，失效取样部位体组织呈针状分布，而失效部位渗碳马氏体的针为滚柱轴颈（大跑道）和滚珠轴颈（滚珠跑道），如状组织特征已经完全消失，且组织分布方向与次图１（ｂ）所示。从图中可以明显看出，与滚柱匹配表层未失效部位的马氏体组织分布方向明显不的牙爪轴颈磨损较严重，并且有部分缺肉现象，而同，有经过塑性变形的特征

8、。同时在失效部位观作者简介：吴林川（１９６２－），男，高级工程师，从事冶金、矿山、起重设备设计及制造工作第２期吴林川，等：牙轮钻头牙爪轴颈等离子合金化强化的研究·５９·图１牙爪轴颈宏观形貌图２滚柱轴颈失效部位微观形貌图３失效的滚柱轴颈裂纹局部放大图图４滚柱轴颈金相组织对比察到细小的裂纹。用过程中由于轴承密封性不良，造成轴承润滑脂１．４失效原因流失，使得滚柱和轴颈间形成干摩擦，摩擦过程产牙轮钻头牙爪轴承（滚柱和轴颈摩擦副）在使生大量热量。轴颈表层渗碳层由于受热而发生高·６０·武钢技术