Wie lassen sich Verschleißfestigkeit, Schlagfestigkeit und Zähigkeit von Schaufelzähnen ausbalancieren?

Auswahl des richtigen Materials

Auswahl des richtigen Grundmaterials: Das geeignete Grundmaterial sollte auf Grundlage der spezifischen Betriebsbedingungen ausgewählt werden. Beispielsweise verfügt hochmanganhaltiger Stahl über hervorragende Kaltverfestigungseigenschaften und verbessert die Verschleißfestigkeit durch Aushärtung unter Schlagbelastung. Bei geringer Schlagbelastung ist seine Verschleißfestigkeit jedoch gering. Mikrolegierter, hochfester, verschleißfester Stahlguss hingegen basiert auf Silizium und Mangan. Durch die Zugabe von Legierungselementen wie Chrom, Molybdän und Vanadium erreicht er im Vergleich zu hochmanganhaltigem Stahl eine höhere Festigkeit und Zähigkeit und weist bei geringer und mittlerer Schlagbelastung eine höhere Verschleißfestigkeit auf.

Optimierung der Legierungszusammensetzung: Die Zugabe einer angemessenen Menge Kohlenstoff erhöht die Härte und Verschleißfestigkeit des Stahls; die Zugabe von Elementen wie Nickel und Molybdän verbessert seine Zähigkeit und Schlagfestigkeit; und Chrom erhöht die Verschleißfestigkeit. Durch die richtige Anpassung der Verhältnisse dieser Legierungselemente können die drei Eigenschaften des Löffelzahns bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden.

Verbesserung der Fertigungsprozesse

Verbesserung der Stahlreinheit: Durch die Reduzierung nichtmetallischer Einschlüsse und Gaselemente im Stahl werden innere Defekte verringert, die Gesamtleistung des Stahls verbessert und die Entstehung und Ausbreitung von durch Einschlüsse verursachten Rissen verringert, wodurch ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Verschleißfestigkeit, Schlagfestigkeit und Zähigkeit erreicht wird.

Optimierung von Wärmebehandlungsprozessen: Durch Wärmebehandlungen wie Abschrecken und Anlassen lässt sich die Materialstruktur anpassen. Beispielsweise kann durch die Vorbehandlung von kohlenstoffarmen, niedriglegierten Stahlgussteilen mit Hochtemperatur-Lösungsvorbehandlung und Kugelglühen, gefolgt von Abschrecken und Anlassen bei geeigneten Temperaturen, eine höhere Verschleißfestigkeit erreicht und gleichzeitig Brüche vermieden werden. Oberflächenwärmebehandlung und thermomechanische Wärmebehandlung können zudem zur Verstärkung verschiedener Teile der Schaufelzähne eingesetzt werden.

Moderne Gussverfahren wie das Lost-Foam-Gussverfahren verbessern die Gusspräzision und Oberflächenqualität, reduzieren Gussfehler und gewährleisten die Leistung der Schaufelzähne. Kombinierte Guss- und Schmiedeverfahren können zudem die Vorteile von Gießen und Schmieden vereinen und so die Gesamtleistung der Schaufelzähne verbessern.

Oberflächenverstärkung: Oberflächenverstärkungstechniken wie Plattieren, Kugelstrahlen und Einsätze können verwendet werden, um eine hochharte, verschleißfeste Schicht auf der Oberfläche des Löffelzahns zu erzeugen und gleichzeitig die Zähigkeit des Grundmaterials zu erhalten. Beispielsweise kann das Plattieren einer Schicht aus hochverschleißfester Legierung oder das Einsetzen von Hartmetalleinsätzen in wichtige Verschleißbereiche des Löffelzahns die Verschleißfestigkeit deutlich verbessern, während die Zähigkeit des Grundmaterials sicherstellt, dass der Löffelzahn bei Stößen nicht bricht.

Optimieren Sie das Strukturdesign

Form und Winkel der Schaufelzähne rational gestalten: Entwerfen Sie die passende Form und den passenden Montagewinkel der Schaufelzähne basierend auf unterschiedlichen Arbeitsbedingungen. Im Bergbau beispielsweise können Schaufelzähne mit einem flacheren Montagewinkel, einem dickeren Querschnitt und einer kürzeren Länge die Schlagzähigkeit verbessern. Beim Aushub sandiger Böden können Schaufelzähne mit einem größeren Montagewinkel, einem dünneren Querschnitt und einer flacheren, länglichen Zahnform die Aushubeffizienz verbessern und gleichzeitig ein gewisses Gleichgewicht zwischen den drei Leistungsmerkmalen erreichen.

Verbesserung der gesamten Schaufelzahnstruktur: Lange Rillen oder runde Löcher können in den unteren Teil des Zahns eingearbeitet werden, um den effektiven Metallverschleiß zu erhöhen, die Kraftverteilung zu verändern und Spannungskonzentrationen zu verringern. Dadurch wird die Verschleiß- und Schlagfestigkeit des Zahns verbessert. Darüber hinaus ermöglicht eine modulare Schaufelzahnstruktur den individuellen Austausch verschlissener Teile. Dies senkt die Kosten und ermöglicht eine optimierte Konstruktion basierend auf den Verschleiß- und Schlagbedingungen verschiedener Teile unter Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften.