掘進機制造中熱處理工藝使用分析

譚英林 張浩

摘要：在掘進機制造過程中，針對其中耐磨板與銷軸的熱處理工藝使用非常有必要，因為二者的價格偏高、焊接性能表現偏差、容易出現開裂狀況，因此通過熱處理工藝可有效提高二者機械性能，整體看來工藝實施價值較高。本文中就分別探討了掘進機制造過程中對耐磨板與銷軸的熱處理工藝使用狀況。

關鍵詞：掘進機制造;耐磨板;銷軸;熱處理工藝

0? 引言

熱處理工藝能夠改進掘進機在掘進生產過程中某些元部件的基本性能，確保掘進施工工作順利推進。具體來講，例如它對于耐磨板、銷軸元件的可焊性提升效果還是十分明顯的，是目前掘進機制造過程中的重要技術工藝內容。

1? 掘進機制造中的耐磨板元件熱工藝處理分析

1.1 耐磨板元件

掘進機在掘進生產過程中會采用到噴霧降塵操作，該過程中大量泥漿與迎頭水聚集，其機械履帶會行走于水泥漿并深陷其中。此時履帶下方的耐磨板元件要履行履帶支撐責任，它不但要受力耐磨，也要具有耐腐蝕性作用。當前許多掘進機廠家在生產制造設備過程中會采用到履帶架下支撐K400耐磨條，該耐磨條的可焊性表現不好，容易開裂，整體上對焊接工藝要求較高。在分析耐磨板元件過程中，也必須關注其耐磨條的高硬度與粗糙表面[1]。

1.2 耐磨件元件熱工藝處理分析

基于工藝改造耐磨件元件的力學性能，可保證焊接質量與其摩擦表面粗糙度獲得改善。一般來說，需要在耐磨件中增加耐磨成分，再配合熱處理改變其整體金屬晶相組織，同時它也需要金屬中具有一定含碳量，即“碳當量”，因此耐磨成分與碳當量是耐磨件熱工藝處理中的兩大重要指標。具體來講就是低碳鋼滲碳+熱處理模式共同進行，如此可有改善耐磨件的焊接性能，更能提高其硬度。

在具體的熱工藝處理中，需要考慮到耐磨條的淬火硬度，將淬火硬度選擇在HRC35～38范圍內，盡量對其零件性能造成較大影響。伴隨滲層表面碳濃度的不斷增加，其硬度與耐磨性也會有所提高，不過它的抗彎曲強度是不斷下降的，例如它的抗彎曲碳濃度取值應該≥1.15%，結合這一數可考慮進行滲碳后加工，保證其滲碳層深度在1.2～1.4mm左右。綜合考量動因素可將熱工藝處理中的滲碳溫度控制在930～950℃左右并持續保溫10h，如此可有效保證滲碳層深度。

在耐磨條設計方面，要結合掘進機的履帶架結構進行分析，合理設計耐磨條如圖1[2]。

在進行滲碳操作之前，需要將耐磨板中的兩塊鐵板用螺栓緊固起來（采用M30螺栓），而在滲碳之后則要將熱工藝加工爐冷至西860～900℃心部溫度，出路后再調整溫度至室溫。此時要拆除螺栓，專門加工鐵板接合面，其加工目的主要是對滲碳深度進行有效控制，一般要控制在1.2～1.4mm左右，再將如圖1中22mm厚度鋼板加工到20mm厚度即可。加工后可直接切割曲調滲碳層，如此可保證淬火過程中焊接部位硬度不會過高。同理再切割耐磨板（切割到尺寸為120～130mm即可），最后處理打坡口，為隨后的淬火焊接工藝操作做好準備。在掘進機加工完畢后還要對滲碳鐵板進行熱處理，合理選擇淬火溫度在770～850℃左右，在淬火操作后對耐磨板進行保溫處理（保溫溫度為160～180℃），選擇在2～3h范圍內再進行回火操作，確保耐磨板的表面耐磨性與心部強度到位。此時對耐磨板元件的淬火硬度進行檢測，發現其淬火硬度范圍有所擴大，已經變為HRC33～38[3]。

對耐磨板元件進行熱工藝處理后，可讓掘進機下井操作進行驗證，驗證后發現其耐磨條硬度有所加強，開裂現象有所緩解，改造成功。

2? 掘進機制造中的銷軸元件熱工藝處理分析

2.1 銷軸元件的基本概述

在掘進機中銷軸的種類非常之多，它是掘進機的關鍵聯結部件，一般銷軸出現問題，必然會引發掘進機生產重大事故發生。銷軸由于固定在聯結部位位置，長期在惡劣生產環境中容易出現銹蝕問題，銹蝕后的銷軸基本無法拆除，必須進行整套聯結部件進行更換。考慮到銷軸螺栓數量偏多，且距離聯結中心還有一定距離，因此必須對其進行預緊操作，令其產生一定摩擦力，有效防止銷軸轉動。通過現場試驗中也發現，針對銷軸的拆裝非常麻煩，如圖2[4]。

以T形銷軸肥力，整體看來它的固定螺栓非常之多，需要上百噸的拆裝力，如果采用傳統拆裝方法模式必然會消耗大量人力物力，所以此時需要對銷軸采用熱處理工藝。

2.2 銷軸的熱處理工藝分析

銷軸本身具有固定結構，由于銹蝕問題導致其結構上出現損壞，對掘進機正常生產造成影響，甚至還會引發事故，例如銷軸銹蝕、潤滑不良、磨損等等，這些問題還會嚴重影響到銷軸的拆裝問題，而這些問題的良好解決途徑就是熱工藝處理。

通常情況下，掘進機都是在陰暗潮濕的場景環境中工作的，它在掘進生產過程中機體溫度較高，再加之被淋水，設備銷軸表面會發黑。傳統中采用鍍鉻處理無法解決銹蝕磨損問題，需要改良表面熱處理工藝有效解決上述問題。具體來講，需要首先分析銷軸表面的使用性能，可采用QPQ熱處理工藝，它的工藝流程應該如下：

第一步，將熱處理工藝溫度預熱到350～450℃左右范圍，預熱時間控制在20～40min左右。

第二步，將氮化處理溫度控制在520～600℃左右，預熱時間控制在10～180min左右。

第三步，將氧化處理溫度控制在350～400℃左右，預熱時間控制在15～20min左右[5]。

第四步，運用QPQ熱處理工藝處理銷軸元件，分析其表面的3層滲層次組織，分別為最外部的氧化膜、化合物層以及擴散層，其中的氧化膜主要為四氧化三鐵，它可有效提升金屬表面的抗腐蝕性，也可改善工件外觀。化合物層主要采用到了QPQ技術形成滲層組織，它的耐磨性表現較高，且具有較高的抗腐蝕性，能夠與表面氧化膜層共同構成抗腐蝕性表現能力較強的綜合抗腐蝕層，這也是QPQ熱處理工藝技術的優越之處，它在防腐性能表現方面勝出傳統技法一籌。最后是擴散層，它可有效提高金屬疲勞強度，一般來說針對銷軸處理過程中它的擴散層硬度可提升到1000HV以上，整體看來它的耐磨性表現非常之高。

總體而言，采用銷軸熱處理工藝對有效改善銷軸表面性能很有幫助，也能徹底解決銷軸表面所存在的各種質量問題，特別是它提高了銷軸的金屬抗疲勞強度，令其在掘進機關鍵部件聯結部位起到了更大功能作用，最大限度降低掘進生產事故的發生[6]。

3? 總結

目前掘進機設備發展較快，由于工程項目技術要求越來越高，其生產制造過程中對各種元件的使用功能要求也在逐步提升。為了有效解決元件傳統問題，本文專門圍繞掘進機的銷軸和耐磨板元件進行了分析，希望通過熱處理工藝有效改進元件細節，提高元件質量，優化掘進機的生產加工精度與元件熱處理硬度，有效解決元件故障問題，提高掘進機生產效率。

參考文獻：

[1]倫志宏.淺析熱處理工藝在掘進機制造中的應用[J].科技創業家，2013（6）：65.

[2]楊春海.重型掘進機銷軸設計及熱處理工藝[J].科技與創新，2016（8）：86，89.

[3]浮動端面密封環用耐磨合金[Z].冶金部鋼鐵研究總院，鐵道兵89121部隊.

[4]皮愛民.鈹青銅彈性元件熱處理工藝及技術要求[J].世界有色金屬，2019（17）：168-169.

[5]王延忠，王段.航空齒輪熱處理工藝優化試驗研究[J].機械設計與制造，2019（4）：189-191，195.

[6]賀利氏特種光源有限責任公司.用于襯底的熱處理的裝置、用于該裝置的載體和襯底支撐元件：CN201780001149.3[P].2018-03-27.