大型推土機松土器單齒支角斷裂研究

王孟，王忠，馮顯磊，謝玲珍，周興國

松土器也叫尾鉤，一般為單齒，也有兩齒或三齒的，主要用于將硬土、次堅石、混凝土路面、風化石等粉碎和分裂，以便鏟刀進行鏟運作業(yè)。支角是松土器的最主要工作部件，在工作過程中需承受很大的沖擊應力。因此，對支角的力學性能要求非常高。國內(nèi)現(xiàn)有支角大多為30CrMo板材下料獲得，此種支角適合于對力學性能要求較低的小功率推土機松土器支角，但對于大功率推土機松土器支角而言，不能滿足其要求，頻繁出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

1.原因分析

對斷裂支角取樣進行力學性能分析發(fā)現(xiàn)，30CrMo板材下料支角斷裂的主要原因是由于力學性能沒有達到要求。該支角的力學性能不足，主要是由于此種材料支角的淬透性沒達到要求，從而造成無法獲得所需淬硬層。經(jīng)查閱國內(nèi)外相關資料發(fā)現(xiàn)，大功率推土機松土器支角材料均含B，在B元素含量較低的情況下可大大提高淬透性。鍛造可細化材料組織，提高致密性，提高淬透性，使材料力學性能提高，國外許多廠家生產(chǎn)的松土器支角均采用鍛造工藝。根據(jù)以上研究結(jié)果及實際生產(chǎn)情況，從支角的結(jié)構(gòu)、材料及工藝等方面入手，確定以下工藝方案。

（1）采用30CrMo-B板材，制作板材下料支角。

（2）采用35CrMo方坯，進行整體鍛造，制作鍛造支角。

（3）采用30CrMnMoB材料方坯，進行整體鍛造，制作鍛造支角。

2.試驗材料及方法

（1）試驗材料 試驗材料為30CrMnMoB、35CrMo、30CrMo-B、30CrMo，其化學成分見表1。

（2）試驗方法 30CrMnMoB、35CrMo整體鍛造支角的主要生產(chǎn)工藝流程：方坯→鍛造→切割→正火→加工→淬火→拋丸→涂裝→成品。30CrMnMoB、35CrMo整體鍛造支角均采用方坯作為原材料，具體鍛造工藝流程如圖1所示。將坯料在加熱爐中加熱至1200℃，保溫4～5h，桿部采用自由鍛，尖部采用模鍛，始鍛溫度為1200℃，終鍛溫度950℃，鍛造比為7.5；板材軋制完成后進行切割，隨后正火，正火溫度為880℃，保溫時間2h。

30CrMo-B、30CrMo板材，采用轉(zhuǎn)爐冶煉，LF+VD精煉。模鍛成材，鍛造比≥6。30CrMo-B板材下料支角主要生產(chǎn)工藝過程：板材→下料→加工→淬火→拋丸→涂裝→成品。為確定最佳淬火溫度，以30CrMo-B板材下料支角為例，取樣在不同淬火溫度下進行試驗，試驗溫度及結(jié)果見表2。根據(jù)試樣組織、晶粒度等確定最佳熱處理方案為：860℃淬火+230℃回火，其他幾種支角均用此方案進行熱處理。

表1 30CrMnMoB、35CrMo、30CrMo-B、30CrMo的主要化學成分（質(zhì)量分數(shù)） （%）

3.試驗結(jié)果及分析

對30CrMnMoB鍛造支角、35CrMo鍛造支角、30CrMo-B板材下料支角、30CrMo板材下料支角分別取淬透性試棒、拉伸試棒、沖擊試棒進行力學性能檢測，結(jié)果見表3（試驗結(jié)果取平均值）。

從表3可看出，30CrMnMoB鍛造支角力學性能最好，遠高于其他幾種支角，但是30CrMnMoB材料成本較高，再加上支角的鍛造費用，此支角成本較普通方法30CrMo板材支角成本高，但其力學性能非常好，可用于開發(fā)高強度支角，滿足不同客戶需求；35CrMo鍛造支角力學性能較好，材料成本與30CrMo相當，僅增加了鍛造費用，適用性強，可推廣使用；30CrMo-B板材下料支角是在30CrMo板材下料支角的基礎上增加了B含量，增加了材料的淬透性，力學性能大大增加，且成本與30CrMo相當，沒有增加其他成本，可大力推廣替代原30CrMo板材下料支角。

30CrMnMoB鍛造支角、35CrMo鍛造支角、30CrMo-B板材下料支角、30CrMo板材下料支角淬透性的對比如圖2所示。

從圖2可看出，30CrMnMoB整體鍛造支角淬透性遠高于其他3種支角，硬度高于43HRC的深度超過了50mm（通常認為硬度大于43HRC的深度為淬硬層），由于此種支角厚度為90mm，也就是說此種支角可以完全淬透；35CrMo鍛造支角淬硬層為35mm；30CrMo-B板材支角淬硬層為10mm，30CrMo板材支角的淬硬層僅有5mm。

從以上試驗可看出，對材料鍛造和增加B含量均可提高淬透性，從而提高材料的力學性能。

4.結(jié)語

（1）30CrMnMoB鍛造支角力學性能非常好，但是成本較高，可用于開發(fā)高強度支角，滿足不同客戶需求.

（2）35CrMo鍛造支角力學性能較好，材料成本稍有增加，可推廣使用。

（3）30CrMo-B板材下料支角力學性能較30CrMo板材大大提高，并且成本與30CrMo相當，可大力推廣替代原30CrMo板材下料支角。

圖1 30CrMnMoB、35CrMo整體鍛造支角鍛造工藝流程

表2 淬火溫度及試驗結(jié)果

表3 30CrMnMoB、35CrMo、30CrMo-B、30CrMo支角力學性能檢測結(jié)果

圖2 幾種支角淬透性對比