ASTM鋼在液壓支架連接頭中的應用

李飛峰

(兗礦集團 東華重工有限公司， 山東 鄒城 273500)

0 引言

液壓支架中的推移連接頭等重要連接鑄件在支架中起到重要的連接作用，隨著液壓支架的不斷發展，特別是近年來高端支架的應用，液壓支架的質量、配套刮板輸送機和采煤機的質量不斷增大，液壓支架中的推移連接頭等連接鑄件在使用過程中經常損壞，一定程度上影響了煤礦的采煤效率。因此，為提高液壓支架連接頭的可靠性，如何選擇其材質至關重要。

1 原用材質的分析

液壓支架常用的連接頭通常采用ZG27SiMn材質制作，但高端支架的不斷應用后，該ZG27SiMn材質的力學性能已經不能滿足其使用要求，且鍛件、拼焊件的工藝性較差、制造成本高，在生產過程中需要占用較長的生產周期，這和目前煤機行業普遍存在的生產制造周期較短存在矛盾。因此，使用一種具有良好的綜合機械性能的新型材料代替傳統的ZG27SiMn材質，以縮短生產制造周期是一個具有實際意義的課題，同時對于提高液壓支架的整體質量具有一定意義。圖1為連接頭二維圖,圖2為連接頭三維圖，圖3為鏈接頭裝配圖。

圖1 連接頭結構

圖2 連接頭三維圖

2 連接頭新材質的選擇

液壓支架連接頭常采用的材質為ZG27SiMn，此種材質淬透性較高，在水中臨界淬透直徑達8～22 mm，可切削性良好，冷變形塑性及焊接性中等；另外鋼在熱處理時韌性降低不多，有著相當高的強度和耐磨性，特別是水淬時仍有較高的韌性。但此鋼對白點敏感性大，熱處理時有回火脆性傾向及過熱敏感性，難以符合高端液壓支架的性能要求。

圖3 連接頭裝配圖

在調研國內外新材料在液壓支架中的應用情況，通過查閱文獻，結合實際應用狀況，確定選用ASTM A148 115-95鋼材質(舊鋼號，現牌號為ASTM A148 795-655)。此種鋼的抗拉強度不小于795 MPa，屈服強度不小于655 MPa，ASTM A148為結構用高強度鑄鋼件,表1為相關數據。

表1 高強度鑄鋼的鋼號、磷與硫含量及力學性能

3 化學成分分析檢測

取部分ASTM A148 115-95樣品,交由相關權威檢測單位進行金屬化學成分分析，檢驗數據及結果見表2。

表2 檢驗數據及結果 %

4 熱處理工藝確定

熱處理是將金屬材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的金相組織結構來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。原用ZG27SiMn的熱處理工藝為淬火溫度900±10℃，回火溫度420±10℃，但硬度僅能達到HB260～310。作為新采用的ASTM A148 115-95鋼，熱處理工藝制定難度較大，需反復試驗。

1) 淬火加熱溫度。根據試驗結果看，采用860℃淬火加熱，硬度值發散，溶解度不夠，軟硬點分布不均，合格率極低。采用900℃的淬火加熱，由于Mn的過熱敏感性和Si的脫碳性，不利于形成好的淬火組織，最好是采用880℃淬火溫度。

2) 回火溫度。從理論上和實驗數據看，采用500℃回火是最佳方案，但由于ASTM A148 115-95鋼的淬透性好，有輕微的回火脆性，加之煤炭行業標準要求，不得脆性斷裂，故采用530℃～560℃回火較為適宜，推薦使用550℃。

最終確定熱處理工藝為淬火溫度880±10℃，回火溫度550±10℃，硬度達到HB260～310。

5 力學性能分析檢測

連接頭作為液壓支架和與刮板運輸機的連接部件，其拉伸性能較為重要，故對ASTM A148 115-95進行拉伸試驗很有必要。試驗數據見表3。

表3 檢驗數據及結果

6 結論

1) 可通過分析與檢測表明，使用ASTM A148 115-95制作的連接頭，不僅縮短了液壓支架生產制造周期，而且大大降低了推移連接頭的損壞率，提高了液壓支架制造水平，滿足我國大型礦井綜采工作面設備配套要求。

2) 使用該材料制作的連接頭，在ZZ9400/26/55支撐掩護式液壓支架中使用共130套。目前井下使用現場效果良好，達到預期效果。