Os dentes da caçamba de uma escavadeira podem falhar?

【1】Modo de falha Os dentes da caçamba são submetidos a diferentes graus de desgaste e impacto sob diferentes condições de trabalho, resultando em diferentes graus e formas de falha. Este dente de balde falhou após apenas 3 dias (cerca de 36 horas) de uso em condições normais de trabalho. Isso não atende aos requisitos tanto da perspectiva econômica quanto prática. Nas fotos macroscópicas deste lote de peças com defeito, pode-se observar que há arranhões evidentes em forma de arado na superfície de trabalho frontal do dente da caçamba, uma pequena quantidade de deformação plástica na ponta e nenhuma rachadura. A superfície de trabalho frontal (a superfície em contato com o solo) é a mais fina, cerca de 4 mm, e a superfície de trabalho traseira é de cerca de 8 mm. 【2】Análise e discussão (1) Análise de tensões A superfície de trabalho do dente da caçamba está em contato com o material escavado. As condições de estresse em diferentes estágios de trabalho em um processo de escavação completo são diferentes. Quando a ponta do dente entra em contato pela primeira vez com a superfície do material, a ponta do dente da caçamba é submetida a um impacto mais forte devido à alta velocidade. Se a resistência ao escoamento do dente do balde for baixa, ocorrerá deformação plástica na ponta. À medida que a profundidade da escavação aumenta, as condições de estresse do dente da caçamba mudam. Quando os dentes da caçamba cortam o material, os dentes da caçamba e o material se movem um em relação ao outro, gerando uma grande pressão de extrusão positiva na superfície, gerando assim uma grande força de atrito entre a superfície de trabalho dos dentes da caçamba e o material. Se o material for um bloco de rocha dura, concreto, etc., a força de atrito será muito grande. Como resultado da ação repetida desse processo, a superfície de trabalho dos dentes da caçamba produzirá diferentes graus de desgaste superficial e, então, produzirá sulcos profundos. A pressão positiva da superfície de trabalho frontal é significativamente maior do que a da superfície de trabalho traseira, e a superfície de trabalho frontal está severamente desgastada. Pode-se concluir que a pressão positiva e o atrito são os principais fatores mecânicos externos de falha dos dentes da caçamba e desempenham um papel importante no processo de falha.

(2) Análise de processo

Duas amostras foram retiradas das superfícies de trabalho frontal e traseira, respectivamente, e foram retificadas para testes de dureza. Foi constatado que a dureza da mesma amostra variava muito, e o julgamento preliminar foi de que o material era irregular. As amostras foram retificadas, polidas e corroídas, e foi descoberto que havia um limite claro em cada amostra, mas a posição do limite era diferente. Do ponto de vista macroscópico, a área ao redor era cinza claro e a parte do meio era mais escura, indicando que a peça provavelmente era uma fundição de inserção. Da superfície, a parte circundada também deve ser uma inserção. Testes de dureza em ambos os lados do limite usando um testador de dureza digital Rockwell HRS-150 e um testador de microdureza digital MHV-2000 revelaram uma diferença significativa (ver Tabela 1). Esta análise confirma que o dente do balde é uma estrutura de inserção. A parte fechada é a inserção, e a parte ao redor é a matriz. Os dois componentes têm composições semelhantes, ligados a elementos como Cr, Mn e Si. Os principais componentes de liga (fração de massa, %) são 0,38C, 0,91Cr, 0,83Mn e 0,92Si. As propriedades mecânicas dos materiais metálicos dependem de sua composição e do processo de tratamento térmico. A diferença na dureza, apesar da composição semelhante, indica que o dente do balde foi usado sem tratamento térmico após a fundição. Observações subsequentes da microestrutura também confirmam isso.

(3) Análise da microestrutura As observações metalográficas mostram que a matriz é composta principalmente de flocos pretos e a estrutura do inserto consiste em blocos brancos e flocos pretos. A estrutura do bloco branco está mais na área afastada da seção transversal. Testes adicionais de microdureza mostram que a estrutura do bloco branco é ferrita e a estrutura do floco preto é troostita ou uma estrutura mista de troostita e perlita. A formação de grandes ferritas no inserto é semelhante à formação de algumas zonas de transformação de fase na zona afetada pelo calor da soldagem. Sob a ação do calor do metal líquido durante o processo de fundição, esta área fica na região bifásica de austenita e ferrita. Nessa área, a ferrita cresce completamente e sua microestrutura é mantida em temperatura ambiente. Como a parede do dente do balde é relativamente fina e o volume do inserto é grande, a temperatura no centro do inserto é baixa e nenhuma ferrita grande é formada. (4) Análise de desempenho Os testes de desgaste no testador de desgaste MLD-10 mostram que a resistência ao desgaste da matriz e do inserto sob condições de teste de desgaste abrasivo de pequeno impacto é melhor do que a do aço 45 temperado. Ao mesmo tempo, há uma diferença na resistência ao desgaste da matriz e do inserto, e a matriz é mais resistente ao desgaste do que o inserto. A composição da matriz e do inserto em ambos os lados é semelhante, o que mostra que o inserto no dente do balde desempenha principalmente o papel de ferro frio. O grão da matriz é refinado durante o processo de fundição para melhorar sua resistência e resistência ao desgaste. Como o inserto é afetado pelo calor da fundição e produz uma estrutura semelhante à zona afetada pelo calor da soldagem, ele não desempenha nenhum papel no aumento da resistência ao desgaste. Se o tratamento térmico adequado for realizado após a fundição para melhorar a estrutura da matriz e do inserto, a resistência ao desgaste e a vida útil do dente do balde serão significativamente melhoradas.

【3】Conclusão (1) O material do dente do balde é aço de baixa liga resistente ao desgaste, que é relativamente adequado para dentes de balde. Entretanto, devido à falta de tratamento térmico necessário, a estrutura do dente do balde é irregular, o inserto não desempenha sua função adequada e a resistência geral ao desgaste do dente do balde é baixa, resultando em falha prematura.

(2) Recomenda-se normalizar adequadamente a fundição após a fundição para melhorar a estrutura e o desempenho e aumentar a vida útil. Após o tratamento térmico razoável da peça fundida, a vida útil do dente da caçamba aumenta em quase 2 vezes nas mesmas condições de trabalho.