挖掘机挖斗渗淬一体化及其耐磨性试验研究

【摘要】：工程机械挖掘机是重要的工程施工设备之一，挖掘机上的挖斗在工作过程中由于直接与物料接触而造成剧烈的磨损,每年造成大量钢材的耗费。目前，提高挖斗的耐磨性主要采用焊接高锰钢、耐磨钢或是堆焊耐磨材料。焊接高锰钢主要是利用其冲击硬化的特性，但当挖斗在低应力的磨料磨损条件下，高锰钢的加工硬化得不到体现，耐磨性得不到提高；而焊接耐磨钢或是堆焊耐磨材料却受到成本高、工艺复杂的限制。渗硼技术被认为是提高材料表面耐磨性的有效方法，但在挖斗上的应用研究目前尚处于空白阶段，研究应用渗硼技术来提高挖斗耐磨性上具有实际意义。 本文以挖掘机挖斗斗体材料Q345钢为研究对象，首先，本文对Q345钢进行膏剂渗硼热处理的工艺方案试验研究；其次，研究对Q345钢采用渗淬一体化处理技术；最后，研究Q345钢经过渗淬一体化技术处理后的耐磨性；其中重点解决了Q345钢渗淬一体化技术难题。 本文研究的主要结果为：确定了（1）Q345钢普通渗硼的最佳工艺方案为：渗硼膏剂涂抹厚度为6mm，渗硼温度为960℃、时间为7h；硼-稀土催渗的最佳工艺方案为：渗硼温度为920℃、时间为7h，稀土添加量为2%。 （2）加入稀土催渗的渗层较普通渗硼的渗层组织更加致密，未见疏松、孔洞等缺陷，渗层厚度增加10%左右；X射线衍射表明：稀土催渗的渗层由Fe2B单相组成，渗硼层的硬度均值是基体的8倍左右；加入稀土催渗的渗层硬度梯度变化更加平缓，渗层的脆性得到明显改善，不仅实现了预定目标，且为渗淬一体化新工艺实施开辟了技术途径。 （3）Q345钢经渗淬一体化处理后在强化渗层的同时也通过淬火使基体硬度提高两倍左右，增强了基体对渗层的支撑作用；同时，加入稀土催渗的渗层淬火后没有出现裂纹、脱落等缺陷，而普通渗硼的渗层淬火后则出现了裂纹。 （4）磨损试验表明：经过渗淬一体化处理的Q345钢耐磨性最高，其相对耐磨性为8.29，是经过淬火处理后22SiMn2钢的5.7倍左右。 本文研究的创新点为：（1）采用渗硼技术提高挖掘机挖斗的耐磨性；（2）在原有的渗硼膏剂中加入能显著改善渗层脆韧的稀土物质；（3）对渗硼层名义厚度进行了定义并与实测对照，误差在允许范围之内；（4）采用渗硼与淬火相结合的渗淬一体化新技术，达到在强化渗层的同时也通过淬火提高基体的强度。 本文研究成果为挖掘机挖斗提高耐磨性提供了技术途径、技术依据，对实际生产具有指导意义。