Как сбалансировать износостойкость, ударопрочность и прочность зубьев ковша?

Выбор правильного материала

Выбор подходящего базового материала: Подходящий базовый материал следует выбирать в зависимости от конкретных условий эксплуатации. Например, высокомарганцевая сталь обладает отличными свойствами холодной закалки, повышая износостойкость за счёт закалки при высоких ударных нагрузках. Однако её износостойкость при низких ударных нагрузках низкая. Микролегированная высокопрочная износостойкая литая сталь, напротив, изготавливается на основе кремния и марганца. Благодаря добавлению таких легирующих элементов, как хром, молибден и ванадий, она достигает превосходной прочности и вязкости, а также демонстрирует превосходную износостойкость при низких и средних ударных нагрузках по сравнению с высокомарганцевой сталью.

Оптимизация состава сплава: добавление соответствующего количества углерода повышает твёрдость и износостойкость стали; добавление таких элементов, как никель и молибден, улучшает её прочность и ударную вязкость; а хром повышает износостойкость. Правильный подбор соотношения этих легирующих элементов позволяет в определённой степени сбалансировать три свойства зуба ковша.

Улучшение производственных процессов

Повышение чистоты стали: уменьшение содержания неметаллических включений и газовых элементов в стали уменьшает внутренние дефекты, улучшает общие эксплуатационные характеристики стали, а также уменьшает возникновение и распространение трещин, вызванных включениями, тем самым достигая сбалансированного баланса износостойкости, ударопрочности и вязкости.

Оптимизация процессов термообработки: с помощью таких видов термообработки, как закалка и отпуск, можно корректировать структуру материала. Например, предварительная термообработка отливок из низкоуглеродистой низколегированной стали с высокотемпературной обработкой на твердый раствор и сфероидизирующим отжигом, а затем закалка и отпуск при соответствующих температурах позволяют добиться превосходной износостойкости и предотвратить разрушение. Поверхностная термообработка и термомеханическая термическая обработка также могут использоваться для упрочнения различных деталей зубьев ковшей.

Передовые методы литья, такие как литье по выплавляемым моделям, позволяют повысить точность литья и качество поверхности, уменьшить дефекты литья и обеспечить эксплуатационные характеристики зубьев ковша. Комбинированные методы литья и ковки также позволяют объединить преимущества литья и ковки для повышения общей производительности зубьев ковша.

Упрочнение поверхности: Такие методы упрочнения поверхности, как плакирование, дробеструйная обработка и вставки, позволяют создать на поверхности зубьев ковша высокотвёрдый и износостойкий слой, сохраняя при этом прочность основного материала. Например, нанесение слоя высокоизносостойкого сплава или установка твердосплавных вставок на ключевые зоны износа зубьев ковша может значительно повысить износостойкость, а прочность основного материала гарантирует, что зубья ковша не сломаются при ударе.

Оптимизация структурного проектирования

Рациональное проектирование формы и угла зубьев ковша: проектирование подходящей формы и угла установки зубьев ковша с учетом различных условий эксплуатации. Например, в горнодобывающей промышленности зубья ковша с малым углом установки, увеличенным поперечным сечением и меньшей длиной могут повысить ударную вязкость. При разработке песчаных грунтов зубья ковша с увеличенным углом установки, уменьшенным поперечным сечением и более плоской, удлинённой формой зубьев могут повысить эффективность выемки, одновременно обеспечивая определённый баланс между тремя эксплуатационными характеристиками.

Улучшение общей конструкции зубьев ковша: в нижней части зуба можно сделать длинные канавки или круглые отверстия для увеличения эффективной степени износа металла, изменения распределения нагрузки и снижения концентрации напряжений, тем самым повышая износостойкость и ударопрочность зуба. Кроме того, модульная конструкция зубьев ковша позволяет заменять изношенные детали по отдельности, снижая затраты и обеспечивая оптимизацию конструкции с учётом условий износа и ударных нагрузок различных деталей, используя материалы с различными свойствами.