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录
序言.....................................................
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凿岩钎具钎尾的热办理工艺探究.............................
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1、钎尾的工作环境和无效形式剖析...........................
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钎尾断裂..........................................
4
尾部端面损坏......................................
4
螺纹磨损..........................................
4
钎耳破断..........................................
4
2、钎尾的服役条件.........................................
4
3、钎尾的资料及合金元素的作用.............................
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4、En40B常用钎尾的热办理工艺剖析..........................
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去应力退火.........................................
6
渗碳+直接淬火......................................
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渗碳.............................................
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直接淬火.........................................
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渗碳空淬后常有的缺点及对策.......................
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低温回火..........................................
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时效办理...........................................
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5、En40B常用钎尾的新的热办理工艺...........................
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渗碳................................................
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等温淬火............................................
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结论........................................................
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参照文件
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凿岩钎具钎尾的热办理工艺探究
纲要:本文经过对钎具钎尾的工作环境、
无效形式及钎尾用钢中所含的元素的种类和含量的剖析;
对凿
岩钎具中资料为En40B的钎尾的热办理工艺进行剖析探究;
研究了钎尾在实质使用中的性能要求、
实质
生产中设施的先进性、金相组织、硬度实验;
提出了针对En40B钎尾的热办理工艺中所波及的问题;
采
用了对钎尾在工艺过程中各工序的温度高低、
保温时间长短和可控氛围多用炉中碳浓度的高低的比较及
所产生缺点的剖析,进而进一步提出了对于凿岩钎具钎尾的新的热办理工艺:
渗碳—高温回火—等温淬
火—低温回火;解决了En40B钎尾的热办理工艺参数选定原由和公司工艺中常存在的缺点问题;
达到了
对En40B钎尾热办理工艺的理解,以及利用新工艺提升钎尾的使用性能的目的。重点词:资料、钎尾、热办理
序言:
不论是各种矿产资源的开采、铁路、公路、水利、水电等能源交通的建设,仍是地质、
建筑等部门,都离不开钻爆作业,离不开使用凿岩钎具。钎具见图1
图1钎具
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钎具(rockdrilltools)是凿岩爆破中必不可以少的工具。它是用钎钢和其余资料(如硬
质合金)制造而成的钻凿岩石用的工具。它主要包含四大类零件,即钎杆或称钎子杆(rad),钎头或钻头(bit),连结套筒或称套筒(coupling)与钎尾(sharkadaptor)。
因为公司对钎具的热办理设施是国产的可控氛围箱式多用炉,多用炉只有前室和后室,前室属于预热区,后室主要进行加热和渗碳。炉内的氛围的调理仍需要人工控制,多用炉的一些性能(如炉内实质的氛围、温度的平均性)还有些不稳固。固然公司主要生产钎具,可是只有钎尾和连结套筒是利用公司的热办理的设施进行办理的。连结套筒在实质工作中的伤害很小,一般需要的量极少,公司主假如对钎尾的热办理。钎尾是整个凿岩设施的主要耗费工具之一,它的种类好多,资料在公司也有三种,考虑到对工艺探究的详细性,故我选择对公司里资料为En40B的常用钎尾的热办理工艺进行剖析。经过剖析了公司的工艺参数的获得原由和存在的一些缺点,自己又设定一个新工艺,填补了本来工艺的一些不足之处,使钎尾的使用性能更好地被利用,使用寿命有所延伸。
凿岩钎具钎尾的热办理工艺探究:
作为现代化配套的钎具,钎尾是跟着凿岩工艺和凿岩条件的发展而生产的。在凿岩工艺方面,当从浅孔钻凿发展到中、深孔钻凿时,因为工作截面的限制,若要获取较深的岩孔,就一定在钎杆同一轴线上,采纳连结筒连续地连结多支钎杆进行钻凿。这类凿岩工艺所使用的尾钎杆,就是作为钎尾发展的雏形。
在凿岩条件方面,跟着高频次、大功率全液压凿岩设施快速发展,配套的钎具中的钎杆为传达凿岩机所赐予的高频次、大能量的冲击功,以致凿岩机与钎杆配合部位的集几何构造更加复杂,连结配合技术要求也愈来愈严格。很明显,凿岩工艺及条件的改变,提升了对尾钎杆的配合和制造技术的要求。这样,全机械加工、高精度成型的各种各种构造的钎尾就相应产生了。最后,发展为现代凿岩配套钎具中不可以缺乏的重要配套件。
1、钎尾的工作环境和无效形式剖析
钎尾是凿岩机的易损件之一。钎尾是螺纹连结凿岩钎具的重要构成部分,在工作时直接承受凿岩机高频冲击和强力扭转,将凿岩机活塞运动的冲击功从钎尾尾端传达到钎杆和钎头,进行凿岩作业,同时在凿岩机转动套的带动下传达扭矩,使整个钎具的系统转动。钎尾内孔还遇到快速流水的冲洗和矿水的腐化。工作环境的恶劣和承受载荷的复杂性,对钎尾的使用性能提出了更高要求。
钎尾是将活塞的冲击能量传达给钎杆、钎头,达到破裂岩石作用,在使用时钎尾破坏形式主假如钎尾断裂、尾部端面损坏、螺纹磨损、钎耳破断等几种无效形式。
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螺纹钎具凿岩作业是钎尾不可以防止的承受冲击、扭转、曲折等方面作用,简单惹起断裂。断裂是钎尾在工作过程中常常发生的疲惫破坏,发生在钎尾灌水口处。此外,钎尾在煤矿井下腐化介质中,也很简单在灌水口处产生腐化坑,在冲击载荷作用下,腐化坑中产生应力集中并发展成疲惫裂纹,在腐化与疲惫应力共同作用下,裂纹扩展直到断裂。
钎尾尾部端面直接承受凿岩机活塞的冲击接触,端面剥落是常有的破坏方式。大多半
钎尾使用后在尾部端面出现较小的浅层剥落,肉眼看上去是比较浅的“小坑”,这类剥落对使用影响不大;比较严重的大块深层剥落与活塞的接触状况恶化,甚至造成活塞破坏,
给用户造成经济损失。这类大块的深层剥落是因为表面产生了与端面相垂直的裂纹造成的。主要因为钎尾在热办理过程中产生局部过热或过烧、淬火裂纹或内应力过大惹起的。
钎尾在钻凿过程中,其外螺纹与连结套筒的内螺纹进行连结配合,在使用承受着冲击、扭转、曲折等几方面作用,螺纹因为硬度不够易于磨损。
钎尾的钎耳与凿岩机内套的花键配合,主要承受扭转应力的作用。在凿岩过程中,轴向拉压应力、扭转应力经过钎耳促进钎具产生旋转,将冲击功传达给钎头,达到破裂岩石的作用。所以,钎尾的钎耳能承受的交变应力是很大的,在此处常常产生断齿现象。钎耳破断此后,凿岩机的扭转应力没法传达给钎具而告无效。
2、钎尾的服役条件
依据钎尾的工作环境和无效形式的剖析,钎尾应拥有足够的强度和韧性,高的表面强度和耐磨性以及高的疲惫抗力和必定的耐腐化性能,心部拥有优秀的韧性;能够承受凿岩机高频冲击和强力扭转;抵挡流水的冲洗和矿水的腐化。
3、钎尾的资料及合金元素的作用
钎尾的资料有很多种,现就我所在的公司的资料进行剖析,公司因是外资公司,所用
的钎尾的资料牌号均为英国牌号;即:En27B、En30B、En40B,它们均属于合金构造钢。
见表1。
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表1En27B、En30B、En40B的化学成分及其质量分数(%)
资料CSiMnP≤S≤CrMoNi其余
En27B
——
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En30B
——
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En40B
~
——
V≥
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~
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~
各种元素对合金构造钢的性能的影响:
碳(C)在钢中跟着其质量分数的增添,可提升钢的强度和硬度,但降低塑性和韧性。碳与钢中某些合金元素化合形成各种碳化物,对钢的性能产生不一样的影响。以上三种资料依据钎尾的服役条件,三者均需要渗碳,增添含碳量。
硅(Si)提升钢的强度和回火稳固性,特别是经淬火、回火后能提升钢的折服极限
和弹性极限。含硅量高的钢,其磁性和电阻均明显提升,但Si有促进石墨化偏向。三种资料很好的利用了硅在钢中的长处。
锰(Mn)提升钢的强度和明显提升钢的淬透性,能消深和减少硫对钢能产生的热脆性,含锰量高的钢,经冷加工或冲击后拥有高的耐磨性,但有促进钢的晶粒长大和增添第二类回火脆性的偏向。锰的含量较高,正好使钎尾经过冷加工或冲击后拥有高的耐磨性。
磷(P)增添钢中的非金属夹杂物,使钢的强度和塑性降低,特别是在低温时更严重(冷脆性),但稍高的含磷量能改良低碳钢的切削加工性。三种钢的含磷量都较低,磷对钢性能的影响也较小,特别是对En40B资料的合金构造钢影响更小。
硫(S)增添钢中的非金属夹杂物,使钢的强度降低,在热加工时,简单产生脆性(热脆性),但稍高的含硫量能改良低碳钢的切削加工性。硫在这三种钢的含量也较低,影响和磷的影响相同都较小,%,影响不大。
铬(Cr)提升钢的强度、淬透性和起到细化晶粒,提升韧性和耐磨性的作用,但存
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在第二类回火脆性的偏向。含铬量高的钢,能增大抗腐化(性的)能力,铬与镍元素等配
合能提升抗氧化性和热强性,并进一步提升抗腐化性。三种钢的含铬量都许多,特别是
~%,其抗腐化的能力增添,韧性也增添。
镍(Ni)提升钢的强度,而对塑性和韧性影响不大,含量高时与铬配合能明显提升
钢的耐腐化性和耐热性。En27、En30B的含镍量都很高,恰好与铬配合达到了提升钢的耐
腐化性和耐热性之目的,En40B资料就没有这类成效。
钼(Mo)提升钢的热硬性和耐磨性,有阻挡钢晶粒长大和防备回火脆性的作用,也
能提升回火稳固性,还可以提升钢的淬透性。它对三种钢的影响差不多,对En40B的影响大
些。
钒(V)能细化晶粒,提升钢的强度和韧性,提升钢的耐磨性和热硬性以及回火稳固
性。它只存在于En40B中,它填补了En40B中不含镍的不足。
因为三种资料的含合金元素的种类和数目差不多,它们的热办理工艺几乎相同。
4、En40B常用钎尾的热办理工艺剖析
En27、En30B、En40B三种资料都能知足钎尾的使用性能,三者因为所含元素邻近,热
办理工艺差不多,仅在渗碳时间长短、碳势高低和回火温度、时间上有些差别。为了工艺
剖析的全面,现针对公司里的资料为En40B长度为550mm的常用钎尾进行热办理工艺剖析。
其工艺流程为:铸造坯料—去应力退火—机械加工—渗碳—直接淬火—低温回火—校
直—时效办理—抛丸—精磨。
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坯料经铸造后,为除去锻件中的剩余应力,钎尾的早先热办理采纳去应力退火,去应
力退火在箱式电阻炉中进行。将坯料迟缓加热到600~650℃之间,保温4~6小时,而后随炉冷却到室温。退火除了能除去剩余应力外,还大幅度降低强度和硬度,细化晶粒,均
匀成分,使其硬度达到HRC21~27范围,便于机械加工,并为此后的最后热办理作好准备。+直接淬火
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渗碳
因为资料为En40B的合金构造钢属于低碳合金钢,为了知足钎尾的表面拥有高的强度、
硬度和耐磨性,钎尾的心部有很好的韧性,可采纳渗碳工艺。
渗碳工艺属于化学热办理的一种,化学热办理是把钢制工件搁置于某种化学介质中,
经过加热和保温,使化学介质中某些元素渗透到工件表层,进而改变表层的化学成分,使
心部与表层拥有不一样的组织与力学性能。
化学热办理有很多种,而我们公司只选择渗碳工艺的化学热办理而不选择其余的原由
有好多。比方选择渗碳而不选择渗氮原由就有两大方面:一方面,从工艺过程和办理后的
性能来说,~%,大多半属于低碳钢,为了
达到钎尾的使用性能一般是渗碳,而渗氮工艺多半是对中、高碳钢而言的;渗碳的温度是
930±10℃,而渗氮的工艺温度只为520±10℃,在渗碳工艺温度下钢被加热处于单调的奥
氏体区,其组织转变简单进行;渗碳的时间为3~9小时,而渗氮时间要为20~50小时,
渗氮的生产周期较长,使生产效率大大降低;固然渗氮后钎尾表面拥有高硬度、高耐磨性
和耐腐化性,渗碳后钎尾只拥有高硬度、高耐磨性,可是我们使用的钎尾的资料En40B中
含有大批的铬元素,~%,含铬高的钢,其抗腐化性大大增添,资料En40B中所含的合金元素间接使它的抗腐化性增添,如钼;渗碳的钎尾能承受较大的冲击力,而渗氮后的钎尾所能承受的冲击较小,对于凿岩机上的钎尾来说自己就要承受很大的冲击;从这个方面考虑选择渗碳工艺较好。另一方面,从公司现有的热办理设施来考虑,公司拥有的热办理设施为国产的可控氛围箱式多用炉,一些控制程序不够正确,控制系统也不太灵巧,炉内的氛围要靠人工调理控制,对于其余的化学热办理来说热办理设施要求都较高,公司的设施最好是进行渗碳工艺。由以上双方面,钎尾的化学热办理所以选择渗碳工艺。
渗碳是把低碳合金钢制的钎尾搁置于富含碳原子的活性介质中,加热到850~950℃,保温数小时,使渗碳介质在工件表面上产生活性碳原子,经过表面汲取和扩散而渗透工件的表层,%以上的热办理工艺。
渗碳前,应付钎尾的尺寸精度和表面状况进行查验,形状尺寸一定切合图纸要求,渗碳部位的尺寸应留有适合的磨削加工余量。渗碳部位的表面一定干净,不可以有氧化皮、锈斑、油污,免得造成渗碳不平均和淬火后出现软点等缺点。在渗碳表面不可以有裂纹、深的刀痕、划伤或碰伤的明显印迹。表面上的裂纹、深的刀痕或划痕,在淬火过程中或磨削过程中,都会产生应力集中现象,形成裂纹源,而使渗碳表面出现淬火裂纹或磨削裂纹,造
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成钎尾的报废。
在检查合格和冲洗结束后,需要在钎尾的供水孔处插入棉绳,因为钎尾供水孔处也要遇到矿水的冲洗,它也需要有必定硬度和耐蚀性,供水孔处在渗碳时,渗碳剂难以达到内部,棉绳起到引碳的作用,使其也能知足需要。在以上都准备好后,就能够把钎尾装入到料筐。为了使钎尾的变形小和渗碳成效达到较好,钎尾应垂直悬挂在料筐中,钎尾与钎尾
之间均有必定的空隙。为了使渗碳平均,一般每炉可装60根T38的、常用长度为550mm
的小钎尾,同时携带两个试样块。因为装炉量对钎尾变形量有很大影响,装炉量过多时会产生渗碳、淬火加热和冷却的不平均,以致加热是钎尾各部分加热温度不平均,体积膨胀不一致,使变形加大。相同,在风冷过程中会使钎尾各部分冷却不一样时性增添,内应力增添,变形量加大,所以装炉量不益过多,精选60根为好。
待钎尾装好筐后,等炉内温度高于760℃时,即能够进行装炉。因为只有炉温在高于
760℃时,炉温才能把可燃性气体、液体通入炉内或除去炉内氛围,不然会以致爆炸。同时考虑到公司的多用炉的一些设施的自动程序不灵巧,在进炉时需要人工操作进行。在进炉前应先点燃前炉门口处的煤气喷嘴内的煤气,使在前炉门处形成火帘,其能把炉内的气
氛和外面空气隔断,防备在开启炉门时,炉内外的氛围压力差过大,以致炉内的火源喷出。
火帘在形成后,在各个部位的指示灯亮起的前提下,原位灯亮起才能进炉。
钎尾进炉时炉内温度一般是设定的最大温度,但因为钎尾进炉后,开启炉门时带走了
大批的热和钎尾自己需要加热,使炉内温度降落,所以需要再升温。升温的时间是依据装炉量的多少来决定的,钎尾多时,需要的升温时间较长;反之,则升温的时间较短。若
钎尾量为60根时,一般的升温时间一个小时左右,才抵达指定的温度925℃。这个渗碳温
度比一般的渗碳的温度(820℃左右)高,其原由是:提升渗碳温度,能够明显地提升扩
散系数。当渗碳温度从920℃高升到1000℃,所以提升渗碳温度就能提升渗速,缩短渗碳时间;别的,因为温度越高,碳原子从表面向内部的扩
散迁徙速度也越高,因此从表及里碳浓度梯度就必然趋于缓和。跟着渗碳温度的提升,Fe
原子自扩散加剧,使钢件表面脱位原子和空穴数增加,更有益于表面汲取和溶解碳原子。
同时,温度高升也增添奥氏体对碳的溶解度,别的,提升渗碳温度还可以降低合金碳化物的稳固性,使碳化物溶解到奥氏体中,碳原子从碳化物中解脱出来成为自由状态,有益于扩散增添奥氏体的溶解碳原子能力。因而可知,提升渗碳温度,不单能提升渗碳速度、增添渗层深度、减缓浓度梯度的变化,并且也能提升渗层的碳浓度。因为渗碳温度高升后,表
面汲取碳原子的能力加强,加快了碳原子的扩散。详细如图2所示
8
综上所述,渗碳温度的提升,固然能够加快渗碳速度、缩短生产周期,但过高的温度
会惹起奥氏体钢的晶粒粗大,增添零件变形,降低设施及夹具的寿命,同时渗碳后假如直
接淬火,渗层中剩余奥氏体许多。在实质生产中,综合考虑以上要素,一般采纳的渗碳温
度为900~950℃之间。别的,又因为钢在900~950℃下长久保持渗碳后,其奥氏体晶粒
度在6级以上,有益于零件渗碳后采纳直接淬火,因为细晶粒奥氏体淬火后才能获取高强
韧性的细晶粒马氏体组织。若渗碳后,钢的奥氏体晶粒粗大,零件渗碳后一定从头加热,
借助相变细化钢的晶粒后才能进行淬火,这不单增添能源的耗费,延伸了生产周期,并且
也降低渗碳淬火零件的某些质量,比如增添钎尾表面的氧化、脱碳、硬度的不平均性和变
形等。
当温度抵达设定值925℃后,即可向炉内通入***,设定炉内的渗碳碳势,并调理炉内的氛围,开始进入渗碳保温阶段。***是作为渗碳剂,我们所用的渗碳介质是***、甲
醇和氮气,甲醇高温分解后相当于稀释气体做载体,***高温分解后,作为渗碳剂,别的,在实质生产中,有时要经过调理氮气的流量来稀释炉内气体浓度。当翻开***后,因为渗碳温度为925℃,会有一部分***不可以充分分解,在钎尾表面形成碳黑,影响碳势控制,
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所以在最先时间炉内的碳势会较高。
渗碳时氛围的碳势反应炉气的渗碳能力,碳势高表示它在单位时间内放出的活性碳原
子的数目多,正常状况下,渗碳钎尾表面汲取的碳原子就多,渗层含碳量也就很高;同时,浓度梯度大,能够提升渗碳速度。可是过高的碳势会在渗碳层形成网状碳化物,使渗碳层
的脆性增大,这样是不一样意的。为了使碳势对渗碳过程产生有益的综合成效,我们进行分段控制炉气的碳势来对钎尾进行渗碳,即把渗碳时间分为两个阶段,第一阶段尽可能地提升碳势,因为这时钎尾的汲取碳原子的能力很强,不易产生碳黑,碳势高可使渗碳层表面的浓度梯度大,有益于进行扩散,并提升渗碳速度,此阶段称作强渗期;第二阶段选择较低的碳势,使碳原子由渗层表面向内扩散,以降低渗层表面的含碳的质量分数,并增添渗层的深度,此阶段称为扩散期。
第一阶段:强渗期温度为925℃,保温时间为3小时,%,~%之间,因为公司的多用炉的性能有些差,甲醇和***的实质流量的调理颠簸有些大,我们在实质生产中把碳势的设
%。强渗的目的是为了在渗碳层成立高的浓度梯度,提升碳原子在渗碳过程中的扩散速度即渗碳速度,所以采纳高碳势的炉气,往常控制的炉内的碳势是碳的质量
%左右。保温时间为3小时,是因为钎尾的资料En40B的合金钢中含有合金元素钒、钼等强碳化物形成元素,这些元素能形成难以溶解的合金碳化物,有效地阻挡了奥
氏体晶粒归并长大,进而有可能提升渗碳温度,加快渗透速度,缩短渗碳时间。同时,它也能使碳浓度梯度趋于安稳。渗碳保温时间主要取决于钎尾的渗碳要求获取的渗层厚度,~。在渗碳剂渗碳能力必定的条件下,渗碳层厚度是温度和时间的函数,在相同的渗碳温度下,渗层厚度随时间的延伸而增添,
渗碳层的厚度与时间呈抛物线关系,如图3所示,强渗期的速度较快。
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