挖掘機(jī)斗齒的失效分析

挖掘機(jī)斗齒的失效分析挖掘機(jī)斗齒是挖掘機(jī)上的重要部件，也是易損件，是由齒座和齒尖組成的組合斗齒，二者靠銷(xiāo)軸連接。由于斗齒磨損失效部分是齒尖，只要更換具尖即可。一臺(tái)露天挖掘機(jī)斗齒在使用過(guò)程中由于嚴(yán)重磨損而早期失效，針對(duì)該批斗齒，分析了斗齒表面的失效形式和失效原因，并提出了改進(jìn)措施。1失效形式斗齒在不同的工作條件下服役受到不同程度的磨損和沖擊而發(fā)生不同程度、不同形式的失效。該斗齒在正常工作條件下僅使用3天（大約36h左右）便失效，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)角度還是從使用角度，都不合乎要求。從該批失效件的宏觀照片可見(jiàn)，斗齒前工作表面有較明顯的犁溝狀劃痕，尖部有少量的塑性變形，沒(méi)有裂紋，前工作面（與地面接觸的面）最薄，約4mm,后工作面約為8mm。2分析與討論（1）受力分析斗齒工作面與被挖掘物相接觸,在一個(gè)完整的挖掘過(guò)程中不同的工作階段其受力情況不同。齒尖部位首先接觸物料表面時(shí)，由于速度較快，斗齒尖部分受到較強(qiáng)烈的沖擊。若斗齒的屈服強(qiáng)度低，將會(huì)在尖部產(chǎn)生塑性變形。隨著挖掘深度的加大，斗齒受力情況會(huì)有所改變。當(dāng)斗齒切割物料時(shí)，斗齒與物料發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在表面產(chǎn)生很大的正擠壓力，從而在斗齒工作面和物料之間產(chǎn)生較大的摩擦力。如果物料為較硬的巖石塊、混凝土等，摩擦力將是很大的。這個(gè)過(guò)程反復(fù)作用的結(jié)果在斗齒工作面產(chǎn)生不同程度的表面磨損，進(jìn)而產(chǎn)生深度較大的犁溝。前工作面的正壓力明顯大于后工作面，前工作面磨損嚴(yán)重，可以判斷出正壓力和摩擦力是斗齒失效的主要外部力學(xué)因素，在失效產(chǎn)生的過(guò)程中起主要作用。工藝分析分別從前、后工作面各取兩個(gè)試樣，磨平進(jìn)行硬度測(cè)試。發(fā)現(xiàn)同一塊試樣上硬度差別很大，初步判斷是材質(zhì)不均勻。將試樣進(jìn)行磨制、拋光、腐蝕，發(fā)現(xiàn)每件試樣上都存在明顯界線(xiàn)，只是界線(xiàn)部位不同。從宏觀看，周?chē)蕼\灰色，中間部分顏色較暗，說(shuō)明該件很可能是鑲鑄件，從表面上看，被包圍起來(lái)的部分也應(yīng)該是鑲塊。在HRS-150數(shù)顯洛氏硬度計(jì)和MHV-2000數(shù)顯顯微硬度計(jì)上對(duì)界線(xiàn)兩側(cè)分別進(jìn)行硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)差別明顯。通過(guò)以上分析證實(shí)該斗齒是鑲塊結(jié)構(gòu)。其中封閉部分是鑲塊，周?chē)糠质腔w。二者的成分接近，以Cr、Mn、Si等元素進(jìn)行合金化，其主要合金成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)為0.38C、0.91Cr、0.83Mn、0.92Si。金屬材料的力學(xué)性能取決于材料的成分及熱處理工藝。成分相近而硬度存在差異，說(shuō)明斗齒在鑄造后沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理即投入使用。后面的組織觀察也證明了這一點(diǎn)。組織分析金相觀察表明，基體主要是黑色細(xì)片狀組織。鑲塊組織由白色塊狀和黑色細(xì)片兩部分組成，且遠(yuǎn)離截面區(qū)域白色塊狀組織較多。進(jìn)一步的顯微硬度試驗(yàn)證明，白色塊狀組織為鐵素體，黑色細(xì)片狀組織為屈氏體或屈氏體和珠光體的混合組織。鑲塊中大塊鐵素體的形成與焊接熱影響區(qū)中部分相變區(qū)的形成類(lèi)似。受鑄造過(guò)程中金屬液熱作用，該區(qū)域處于奧氏體和鐵素體兩相區(qū)，在該區(qū)域鐵素體充分長(zhǎng)大，其組織形態(tài)保持到室溫。由于斗齒壁比較薄，且鑲塊體積較大，鑲塊中心部分溫度低，沒(méi)有形成大塊鐵素體。性能分析通過(guò)在MLD-10磨損試驗(yàn)機(jī)上的磨損試驗(yàn)表明，基體和鑲塊在小沖擊磨粒磨損試驗(yàn)條件下的耐磨性均比淬火45鋼好。同時(shí)基體和鑲塊的耐磨性存在差異，基體比鑲塊耐磨?；w和鑲塊兩側(cè)的成分接近，可見(jiàn)斗齒中鑲塊主要是起到冷鐵的作用。在鑄造過(guò)程中細(xì)化基體晶粒，提高其強(qiáng)度和耐磨性。由于鑲塊受鑄造熱的影響產(chǎn)生類(lèi)似焊接熱影響區(qū)的組織，沒(méi)有起到增強(qiáng)耐磨性的作用。若在鑄造后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硪愿纳苹w及鑲塊的組織，將明顯提高斗齒的耐磨性和使用壽命。3結(jié)論(1)該斗齒材料為低合金耐磨鋼，用于斗齒是比較合適的。但由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)必要的熱處理，斗齒組織不均勻，鑲塊沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用，斗齒的整體耐磨性差，導(dǎo)致