西安重装蒲白煤矿机械有限公司, 陕西 蒲城 715500;
摘 要:刮板输送机是在槽内运送散料,其中机身在工作面和运输巷道交汇处呈90度弯曲设置的工作面输送机。 在当前采煤工作面内，刮板输送机的作用不仅是运送煤和物料，而且还是采煤机的运行轨道，因此它成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。刮板输送机能保持连续运转，生产就能正常进行。否则，整个采煤工作面就会呈现停产状态，使整个生产中断。其中链轮是该设备的关键驱动部件,决定整机的寿命及稳定性, 故链轮齿面一般都经过热处理，使之达到一定硬度。公司购进了一台新的淬火机床，在这里我们做了充分的试验，找到最后工艺方法，达到链轮的最佳淬火硬度。
关键词:输送机；煤矿；链轮；淬火
0概述
刮板输送机的是一种将敞开的溜槽，作为煤炭、矸石或物料等的承受件，将刮板固定在链条上（组成刮板链），作为牵引构件。当机头传动部启动后，带动机头轴上的链轮旋转，使刮板链循环运行带动物料沿着溜槽移动，直至到机头部卸载。刮板链绕过链轮作无级闭合循环运行，完成煤炭的输送。
1存在问题
1.1黏着磨损载荷越大，表面温度越高，黏着现象也越严重。对于一定硬度的金属材料，在不同压强下进行磨损试验得到了磨损率与压强关系曲线图，当压强达到材料硬度的1/3以上时，将发生严重磨损。
1.2接触疲劳磨损。链轮与链条摩擦副是交变接触应力，在其摩擦表面上容易形成疲劳点蚀。判断金属接触疲劳强度的指标是接触疲劳极限，即在一定的应力循环次数下不发生点蚀现象的最大应力。40Cr经表面淬火处理其接触疲劳极限σ0H=HRC17 +200，计算得σ0H=1016MPa。根据应力分布图可知链轮链窝最大应力值为884.4 MPa。
1.3磨料磨损。因链条不可避免地与煤粉接触，其上黏有少许煤粉，被带到链轮链窝接触处，煤粉含有少许尖硬的沙子，在摩擦过程中会引起链轮表面材料的脱落，这就是磨料磨损。由于链轮的磨损工况比较复杂，故就要加强链轮的硬度及强度。而链轮淬火目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足链轮的使用工况。
由于淬火线圈是用手工制作，对精度要求较高，淬火完成后的硬度就是一个不确定的数值，完成淬火，就需要试验，从而掌握一套成熟的工艺方法。从而完成链轮的淬火。
3.工艺参数试验过程
备注：链轮1：一个角断裂 链轮2：两个角断裂
链轮各个位置如下图所示。
试验一：2016-10-13 下午3:30
淬火液折光仪读数：4.8 链轮与感应线圈间隙：3mm 模式：手动淬火
预热最高温度：525℃ 加热最高温度：855℃
对链轮六个齿做标记，如图。
试验步骤：对链轮1进行手动淬火，预热达到525℃
时停止，再加热达到855℃时停止，立刻进行喷水，
测喷水后链轮温度，待七个齿全部淬火后测每个齿
链窝处温度。
经过上述工艺试验过程，对上图所示链轮进行淬火加工后，观察结果完成表面均有裂纹。
5. 链轮裂纹分析
原因分析：链轮加热过程温度分布不均匀，局部过热。建议重新设计线圈，首先保证链窝温度升高、棱角不能出现过热情况；其次淬火液冷却前最好先停留15——20秒。
5.1周向裂纹
周向裂纹是此次链轮开裂的主要特征，占裂纹链轮总数70%以上，只是各条裂纹有宽有窄（宽度4mm时，淬火层表面由压应力状态开始向拉应力转变，随着淬火层深度的增加，拉应力逐渐增加，一旦拉应力大于零件的破断力，就会在淬火层与非淬火层交界处发生“剥离裂纹”。根据裂纹链轮的金相分析：链轮淬火层的深度约为5mm（图2）。
综上所述，链轮淬火层过深并且淬火层没有实现零件的仿形分布，以至于使淬火层表面处于过大拉应力状态，表面应力分布不均匀，是链轮裂纹的主要原因。
5.2穿透淬火层的淬火裂纹
在链轮齿根部也出现了少量的淬火裂纹。这种裂纹肉眼观测极不清楚，经过探伤才能发现。它主要发生在淬火层，其中个别裂纹与剥离裂纹贯通形成更严重的开裂现象，金相分析发现淬火层组织比较粗大，应该是淬火温度偏高所造成。
5.3齿部的断裂裂纹
根据现场观察，这些链轮齿底部基本没有淬火层，齿部的淬火层仅有齿高3/4，而且全齿淬透，裂纹比较清晰。根据分析裂纹发生在淬火层与非淬火层交界处，属于剥离裂纹一类。
5.4结论
根据链轮裂纹的解剖与分析，要解决链轮裂纹首先应该解决淬火层的深度和淬火层的仿形分布，同时也要控制好合理的淬火温度。只要把淬火层控制在≤2mm，力求使淬火层最大限度实现仿形齿部硬化，并且将零件淬火余温控制在100～1500C，就可以从根本上解决链轮裂纹问题。
补充说明：期间对某些裂纹链轮做过金相分析发现，硬化层金相组织为回火马氏体6级，说明淬火温度并不高，也会发生剥离裂纹，甚至还有一些链轮存在加热不足现象仍然出现了剥离裂纹。
6.工艺方案
根据链轮裂纹和原工艺的分析与讨论，工艺试验方案的针对性、目的性非常明确，结合当前实际情况，充分利用已经报废的链轮进行调整、调试和改制。
以典型零件为设计依据，工艺试验有针对性地提出一系列改进措施：（1）加热功率有160KW减至90～100KW，减小加热的电流密度，加热时间控制在3～4S；（2）淬火介质改用5～10%AQ251淬火液；淬火冷却时间缩短至0.3～0.4S，零件淬火后的余温控制在100～150℃之间；（3）感应器与被加热零件的间隙6mm；（4）控制淬火层在1～2mm之间，最大可能地使淬火层沿齿形仿形分布，确保表面应力为压应力并较均匀分布。
目前采用上述热处理工艺已生产各种规格链轮10余件，探伤后无裂纹。
7 结论
按照试验步骤进行淬火工艺路线制定符合链轮淬火要求.链轮齿外侧及链窝侧面淬火硬度达到要求.
参考文献:
[1]李国彬,热处理工艺规范与数据手册[M],化学工业出版社 , 2013年01月,44-52
论文作者:李杰 王波，杨雄伟，王欢乐，王萌，
论文发表刊物:《科技新时代》2019年9期
论文发表时间:2019/11/19
标签：链轮论文; 裂纹论文; 应力论文; 工艺论文; 硬度论文; 磨损论文; 金相论文; 《科技新时代》2019年9期论文;