¿Fallarán los dientes del cucharón de una excavadora?

【1】Modo de falla Los dientes del cucharón están sujetos a diferentes grados de desgaste e impacto en diferentes condiciones de trabajo, lo que resulta en diferentes grados y formas de falla. Este diente de cubo falló después de sólo 3 días (aproximadamente 36 horas) de uso en condiciones normales de trabajo. Esto no satisface los requisitos desde el punto de vista económico y práctico. De las fotografías macroscópicas de este lote de piezas defectuosas, se puede ver que hay rayones obvios en forma de arado en la superficie de trabajo frontal del diente del cucharón, una pequeña cantidad de deformación plástica en la punta y ninguna grieta. La superficie de trabajo frontal (la superficie en contacto con el suelo) es la más delgada, de unos 4 mm, y la superficie de trabajo trasera es de unos 8 mm. 【2】Análisis y discusión (1) Análisis de tensión La superficie de trabajo del diente del cucharón está en contacto con el material excavado. Las condiciones de estrés en las diferentes etapas de trabajo de un proceso de excavación completo son diferentes. Cuando la punta del diente entra en contacto por primera vez con la superficie del material, la punta del diente del cucharón se somete a un impacto más fuerte debido a la alta velocidad. Si el límite elástico del diente del cucharón es bajo, se producirá una deformación plástica en la punta. A medida que aumenta la profundidad de excavación, las condiciones de tensión del diente del cucharón cambiarán. Cuando los dientes del cucharón cortan el material, los dientes del cucharón y el material se mueven uno con respecto al otro, lo que genera una gran presión de extrusión positiva en la superficie, generando así una gran fuerza de fricción entre la superficie de trabajo de los dientes del cucharón y el material. Si el material es un bloque de roca dura, hormigón, etc., la fuerza de fricción será muy grande. Como resultado de la acción repetida de este proceso, la superficie de trabajo de los dientes del cucharón producirá diferentes grados de desgaste superficial y luego producirá surcos profundos. La presión positiva de la superficie de trabajo delantera es significativamente mayor que la de la superficie de trabajo trasera, y la superficie de trabajo delantera está muy desgastada. Se puede juzgar que la presión positiva y la fricción son los principales factores mecánicos externos de la falla de los dientes del cucharón y juegan un papel importante en el proceso de falla.

(2) Análisis de procesos

Se tomaron dos muestras de las superficies de trabajo delantera y trasera respectivamente, y se pulieron hasta quedar planas para probar la dureza. Se encontró que la dureza de la misma muestra variaba mucho y el juicio preliminar fue que el material era desigual. Las muestras fueron molidas, pulidas y corroídas, y se encontró que había un límite claro en cada muestra, pero la posición del límite era diferente. Desde un punto de vista macroscópico, el área circundante era gris claro y la parte media era más oscura, lo que indica que la pieza probablemente era una pieza de fundición insertada. Desde la superficie, la parte rodeada también debe ser un inserto. Las pruebas de dureza en ambos lados del límite utilizando un probador de dureza Rockwell digital HRS-150 y un probador de microdureza digital MHV-2000 revelaron una diferencia significativa (ver Tabla 1). Este análisis confirma que el diente del cucharón es una estructura de inserción. La parte encerrada es el inserto y la parte circundante es la matriz. Los dos componentes tienen composiciones similares, aleados con elementos como Cr, Mn y Si. Los principales componentes de aleación (fracción de masa, %) son 0,38 C, 0,91 Cr, 0,83 Mn y 0,92 Si. Las propiedades mecánicas de los materiales metálicos dependen de su composición y del proceso de tratamiento térmico. La diferencia de dureza a pesar de una composición similar indica que el diente del cucharón se utilizó sin tratamiento térmico después de la fundición. Observaciones posteriores de la microestructura también confirman esto.

(3) Análisis de microestructura Las observaciones metalográficas muestran que la matriz está compuesta principalmente por escamas negras y la estructura del inserto consta de bloques blancos y escamas negras. La estructura del bloque blanco se encuentra más en el área alejada de la sección transversal. Otras pruebas de microdureza muestran que la estructura del bloque blanco es ferrita y la estructura de escamas negras es troostita o una estructura mixta de troostita y perlita. La formación de ferrita grande en el inserto es similar a la formación de algunas zonas de transformación de fase en la zona de soldadura afectada por el calor. Bajo la acción del calor del metal líquido durante el proceso de fundición, esta zona se encuentra en la región bifásica de austenita y ferrita. En esta zona la ferrita crece plenamente y su microestructura se mantiene a temperatura ambiente. Dado que la pared del diente del cucharón es relativamente delgada y el volumen del inserto es grande, la temperatura en el centro del inserto es baja y no se forma ferrita grande. (4) Análisis de desempeño Las pruebas de desgaste en el probador de desgaste MLD-10 muestran que la resistencia al desgaste de la matriz y el inserto en condiciones de prueba de desgaste abrasivo de pequeño impacto es mejor que la del acero 45 templado. Al mismo tiempo, existe una diferencia en la resistencia al desgaste de la matriz y el inserto, y la matriz es más resistente al desgaste que el inserto. La composición de la matriz y el inserto en ambos lados es similar, lo que demuestra que el inserto en el diente del cucharón desempeña principalmente el papel de hierro frío. El grano de la matriz se refina durante el proceso de fundición para mejorar su resistencia y resistencia al desgaste. Debido a que el inserto se ve afectado por el calor de fundición y produce una estructura similar a la zona de soldadura afectada por el calor, no juega un papel en la mejora de la resistencia al desgaste. Si se realiza un tratamiento térmico adecuado después de la fundición para mejorar la estructura de la matriz y el inserto, la resistencia al desgaste y la vida útil del diente del cucharón mejorarán significativamente.

【3】Conclusión (1) El material de los dientes del cucharón es acero resistente al desgaste de baja aleación, que es relativamente adecuado para los dientes del cucharón. Sin embargo, debido a la falta del tratamiento térmico necesario, la estructura de los dientes del cucharón es desigual, el inserto no cumple su función debida y la resistencia general al desgaste de los dientes del cucharón es deficiente, lo que provoca una falla prematura.

(2) Se recomienda normalizar adecuadamente la fundición después de la fundición para mejorar la estructura y el rendimiento y aumentar la vida útil. Después de un tratamiento térmico razonable de la pieza fundida, la vida útil del diente del cucharón aumenta casi 2 veces en las mismas condiciones de trabajo.