Инженерге сұрақ: Неліктен қазіргі заман тракторларындағы дәлдік пен тап-тазалықты сақтау үшін қандай материалдар мен жылу өңдеу қажет?

Кейбір материалдар Трактор-экскаватор доңғалағы Қолданбалар

Негізгі қорытпалы болат түрлеріне шолу: 40CrMo, 42CrMo, 40Mn2 және 50Mn

Бульдозерлер мен экскаваторларда пайдаланылатын іздеуіштердің роликтері 40CrMo, 42CrMo, 40Mn2 және 50Mn сияқты нақты қорытпалы болаттарға тәуелді, себебі осындай материалдар беріктік пен тозуға төзімділік арасында дұрыс тепе-теңдік жасайды. Осындай болаттардың көпшілігінде көміртегінің мөлшері шамамен 0,35%-дан 0,55% дейінгі аралықта болады, сонымен қатар хром, молибден және марганец сияқты маңызды қоспалары болады. Мысалы, 42CrMo қорытпасында көміртегінің мөлшері әдетте 0,38%-дан 0,45% дейін, сонымен қатар шамамен 0,90%-дан 1,20% дейінгі хром болады, бұл оның материал бойынша қаттылық қасиетін арттырады. Ал 50Mn қорытпасында марганец деңгейінің артуы (шамамен 0,90%-дан 1,20% дейін) жабдықтардың шынайы жағдайларда кездесетін қатты үйкеліс әсерлеріне төтеп беру үшін бетінің қаттылығын арттырады.

Іздеуіш болаттарындағы механикалық қасиеттердің салыстырмалы талдауы

• 40CrMo : 980–1,180 МПа созу беріктігі, орташа жүктемеге арналған
• 42CrMo : Жоғары беріктілік (1,080–1,220 МПа созу беріктілігі) мен шаруақ төзімділігін қамтамасыз етеді
• 50Mn : Жоғары бет қаттылығын (HRC 55–60) қамтамасыз етеді, бірақ хроммен қосылған болаттарға қарағанда соққыға төзімділігі төмен

Салалық зерттеулер жоғары соққы болатын ортада 40Mn2-ден 42CrMo-ға ауысқан кезде қызмет ету мерзімі 23% артатынын көрсетеді.

Неліктен жоғары кернеуі бар экскаватор мен бульдозер тісті дөңгелектері үшін 42CrMo таңдалып алынады

Жоғары кернеу әсер ететін жағдайлар үшін қолданылатын материалдар сұрағы келгенде, 42CrMo тұрақтылығымен ерекшеленеді, өйткені ол уақыт өткен сайын қайталанатын жүктемелерге төтұрымды болып қалады. Құрылыс техникасынан алынған бөлшектерге жүргізілген сынақтар бұл қорытпаның түзетілген мартенсит құрылымының 50Mn-ге қарағанда жарылымдардың таралуын шамамен 34 пайызға жақсырақ тоқтататынын көрсетті. Бұл ұзақ мерзімді тұрақтылық үшін нақты айырмашылық жасайды. Сонымен қатар, хром мен молибденнің бірлесіп жұмыс істеуінің қызықты екені де болып табылады, олар тат және коррозияға төзімділікті арттырады. Бұл комбинация сулы ортада немесе теңіз суына ұшырайтын жерлерде, мысалы, жабық кен орындарында қолданылатын жабдықтар үшін ерекше пайдалы екенін дәлелдейді.

Тракторлық ортадағы орамдардың тозуға төзімділігіндегі көміртегі мен қорытпа элементтерінің рөлі

Көміртегінің мөлшері (әдетте 0,40–0,50%) қаттылыққа тікелей әсер етеді, ал қоспалық элементтер екінші деңгейлі қасиеттерді жақсартады:

• Хром (42CrMo құрамында 0,9–1,2%): Қаттылану қабілеті мен тот басуға төзімділікті арттырады
• Молибден (0,15–0,25%): Түйіршік құрылымын түзетеді, сынғыштық қарсылығын арттырады

Бұл қоспа ASTM G65 сынақта 0,0018 мм³/Нм ұстап тұру коэффициентін қамтамасыз етеді, қоспа болмаған болаттан 40% артық өнімділік көрсетеді.

Тұрақтылық пен ұзақ қызмет ету үшін болаттың құрылымын тиімділеу

Басқарылатын жылумен өңдеу бейнитті немесе түрлендірілген мартенситті құрылымдарды қалыптастырады. Жолдамалы ортада 10–15% қалдық аустениті бар пластиналы мартенситті құрылым салмақты таралуын қамтамасыз етеді. Термомеханикалық өңдеу бойынша жетістіктер жолдамалы шасси құрамында кездесетін бұралу мен осьтік жүктемелер кезінде компоненттің қызмет ету мерзімін 19% арттырды.

Суыту және түрлендіру: Жолдамалы ортада жылумен өңдеудің негізгі әдістері

Тез суыту 42CrMo және 50Mn сияқты қорытпалы болаттарды мартенсит құрылымын құру үшін тез суытады, бетінің қаттылығын 58–62 HRC дейін жеткізеді. 400°C–600°C температурада кейінгі шынықтыру көміртегі атомдарын қайта тарату арқылы сығылу қасиетін азайтады және тіршілік иілгіштігін сақтайды, бұл бұзылған жерде жұмыс істейтін бульдозер тісті дөңгелектері үшін маңызды.

Цементациялау мен Толық қаттылау: Үйкеліске тұрақтылық үшін дұрыс әдісті таңдау

Экскаватор тіреуіштерінің тұрақты қысымға төтеп беруі қажет болған жағдайда, олардың қаттылығы 50-ден 55 HRC-қа дейінгі ауқымда біркелкі болып келеді, бұл осындай қолданыстар үшін өте ыңғайлы. Цементация әдісі сыртқы қабатты әлдеқайда қатты етіп жасайды, ол 60 HRC-қа дейін жетіп, сонымен қатар ішкі материалды қаттырақ және икемдірек етіп сақтайды. Сыртқы қабатты цементациялау әдісімен дайындалған бөлшектер құмды ортада жұмыс істеген кезде 18 пайызға дейін ұзақ қызмет ететінін өрісте жүргізілген сынақтар көрсетті. Алайда бұл цементацияланған тіреуіштер темперацияланған тәртіпте жасалған тіреуіштерге қарағанда кенеттен келіп түскен ауыр соққыларға төтеп беру кезінде жарықшақ пайда болуы мүмкін екенін жөндеу бригадалары жылдар бойы бақылау нәтижесінде байқаған.

Темперация әдісінің беткей қаттылығын сақтай отырып, қатайғыштықты қалай азайтатыны

Суытудың соңында түзету әрі қатты болатын мартенситті ықтимал қатты мартенситке айналдырады, бастапқы қаттылықтың шамамен 90% сақталады, ал соққыға тұтқырлық күрт артады. Минус 20°C-тан төменгі температурада пайдаланылатын тірек роликтері үшін 200°C және 550°C температурада екі сатылы түзету соққыға тұтқырлықты 30% арттырады, тозуға тұтқырлық қасиеттерін бұзбай.

40CrMo және 50Mn механикалық қасиеттеріне жылумен өңдеудің әсері

Біз 850 градус Цельсийге жуық бақыланатын май құюды қолданған кезде 40CrMo-дың аққыш күші кемінде 980 МПа-ға жетеді, бұл материалды ауыр түндіргіш экскаваторлардағы өте қиын жұмыстар үшін идеалды етіп жасайды. Екінші жағынан, 50Mn болатымен су құю жақсы жұмыс істейді және Роквелл шкаласы бойынша 55-тен 58-ге дейінгі әлдеқайда жоғары қаттылық бағасын алуға болады. Алайда, мұнда бір қиыншылық бар. Бұл процессті өте ұқыпты түрде қайта өңдеу керек, әйтпесе осындай бөлшектер теңіз суына әсер ететін жағалау жақын аймақтарда пайдалану кезінде кернеу коррозиясының проблемаларына ұшырауы мүмкін. Тозуға төзімділік тестілеу қызықты нәрсе ашып береді. Тікелей жүктеме астында 15 000 сағат бойы жұмыс істегеннен кейін 42CrMo роликтері өзінің бастапқы сыйымдылығының шамамен 95 пайызын сақтап тұрады. Бұл 50Mn болатынан жасалған ұқсас бөлшектермен салыстырғанда 22 пайызбен артық көрсеткіш болып табылады.

Қарама-қайшылықтар талдауы: Жоғары жүктемелі іздеуіш роликтерін пайдаланудың артық қайта өңдеу қаупі

650°C-тан жоғары температура 42CrMo беттерін 12–15 HRC-қа жұмсартып, қазба өндірісіндегі тозуды үдетеді. Алайда, соңғы зерттеулер төмен температурада ұзақ уақыт ұстап тұру (8 сағат бойы 230°C) қаттылықты жоғалтпай қалдық кернеуді тиімді түрде азайтатынын көрсетті – бұл 80 тонналық экскаваторлардағы үлкен өлшемді іздеуіштер үшін маңызды артықшылық.

Қатты жағдайдағы іздеуіштің тозуға тұрақтылығы, қаттылығы мен ұзақ мерзімділігі

42CrMo іздеуіштердің үйкеліс және соққы жүктемелері әсерінен өрісте көрсеткен жұмыс істеу қабілеті

42CrMo іздеуіштері өзара тепе-теңдік микрояпруы мен қоспа құрамы арқасында жоғары кернеулі ортада жақсы жұмыс істейді. Олар 750 МПа асатын үйкегіш бөлшектер мен соққы жүктемелерге төзіп, түкпірлерде 2000 сағат өткен соң өз диаметрінің 92%-ын сақтайды – бұл 40Mn2 стандарт нұсқаларынан 15% жоғары.

Экскаваторлық іздеуіштердің бет қаттылығы мен тозуға тұрақтылығы арасындағы байланыс

Беткі қаттылығы (58–62 HRC) ысқылыуға тұрақтылығымен тығыз байланысты. Алайда, 64 HRC-тен асатын кезде сынғыштық қаупі 30%-ға дейін артады, металлургиялық талдаулар бойынша. Келесі деңгейдегі жылумен өңдеу қаттылық градиенттерін тиімді алуға көмектеседі, тау жыныстары көп ортада беткі қабаттың ысқылыуға тұрақтылығын сақтап, ішкі қаттылықты (±40 Дж Шарпи соғу мәндері) қамтамасыз етеді.

Үлкен соғу қосымшаларында қаттылық пен сынғыштыққа тұрақтылықты теңестіру

Қазіргі таңдағы тіректік ролик конструкциясы қаттылық-тұтқырлық арақатынасындағы қиыншылықты мынадай жолмен жеңіп шығады:

• Хром (1,2–1,5%) және молибден (0,2–0,3%) қосу арқылы микролегірлеу
• Басқарылатын суыту жылдамдығы (50–80°C/с)
• Дәнекпен өңдеу арқылы тудырылған қалдық сығылу кернеулері (-800 -ден -1200 МПа-ға дейін)

Бұл біріктірілген тәсіл кәдімгі түтас қатты болып шыққан бөлшектермен салыстырғанда кернеу концентрациясын 40% азайтады.

Ұзақ мерзімділік көрсеткіштері: тіректік роликтердің өмір сүру циклдары тиімді жылумен өңдеу нәтижесінде

Дұрыс ыстық өңделген 42CrMo тірек роликтері бульдоздерде 8000–10000 сағат қызмет көрсетеді — өңделмеген бөлшектерге қарағанда 60% ұзақ. Өңдеуден кейінгі дәл өңдеу ±0,05 мм өлшемді дәлдікті сақтайды, тіректің тізбекті жүйелеріндегі тез тозуды болдырмау үшін. Соңғы деректерге сәйкес, тиімді роликтер жобалау жөндеу циклдары кезінде ауыстырудың жиілігін 35% азайтатынын көрсетеді.

Қорытынды өңдеу және жоғары тозуға төзімді тірек роликтерінің нақты әрекет етуі

Ұсақтап соққылау және бетін домалату: тозуға төзімділікті арттыру

Ұсақтап соққылау бульдоздердің тірек роликтерінде 300% трещинаның пайда болуын кешіктіретін сығылған беткей кернеулерін тудырады. Бетін домалату 42CrMo бөлшектерінде қаттылықты 15–20% арттырады. Бұл процесстер бірігіп, ASTM G65-2022 сынақтарымен расталғандай, қазба қазу операцияларында үйкеліс тозу көрсеткіштерін 34% азайтады.

Ыстық өңдеуден кейінгі дәл өңдеу өлшемді тұрақтылықты сақтау үшін

Шектеу кезінде CNC өңдеу ±0,01 мм дәлдікке қол жеткізеді, бұл сенімді тракторлық вал орындалуы үшін маңызды. Өңдеу тәртібін дұрыс таңдамау 50Mn бөлшектерді суықтату кезінде 0,3 мм-ге дейін қисықтыққа әкеп соғуы мүмкін — бұл тізбектің тозуын 60% арттыруға жеткілікті. Көшбасшы өндірушілер қазір геометриялық бүтіндікті сақтау үшін процессте лазерлі өлшеу жүйелерін пайдалануда.

Зерттеу жағдайы: Ауыр техникадағы материалдар мен өндіріс процесстерін тиімді пайдалану

42CrMo экскаватор тіреуіш дөңгелектері үшін қазіргі заманғы AI-мен басқарылатын түзету процесстеріне дәстүрлі карбюризация және ұсақтап өңдеу әдістерін қосу нәтижесінде өндірушілер сәтті нәтижелерге жетті. 2023 жылы жүргізілген сынақтарда осындай өңдеуден өткен бөлшектердің пайдалану мерзімі әдеттегі 12 тонналық жүктемеге тұрақты түрде ұшыраған кезде шамамен 40% ұзақ екені анықталды. Зертханалық талдаулар бойынша Шарпи соққы сынағы арқылы пайда болған трещинкаларға тұрақтылығы жақсарғаны, минус 20 градус Цельсий температурада да шамамен 58 джоуль энергия жұтатыны анықталды. Осындай тәсілді енгізген жылы жыл сайынғы ауыстыру шығындарын қазба компанияларының әрбір дөңгелек блок бойынша төрт жүз отыз АҚШ долларына дейін қысқарту мүмкіндігі туындады.

Жиі қойылатын сұрақтар

Негізгі материалдар қандай бульдоздер мен экскаваторлардың тіреуіш дөңгелектері үшін қолданылады ?

Бульдозерлер мен экскаваторлардағы ізбен жүретін роликтердің негізгі материалдары ретінде 40CrMo, 42CrMo, 40Mn2 және 50Mn сияқты қорытпалы болаттар қолданылады. Бұл материалдар беріктігі мен тозуға тұрақтылығы үшін таңдалады.

42CrMo қорытпасы жоғары кернеу қосымшалары үшін неліктен құрғақ болат деп табылады?

42CrMo жоғары кернеу қосымшалары үшін қайталанатын жүктемелер кезінде тұрақты өнімділігі, жарықшақ тұрақтылығының жоғары болуы және хром мен молибден құрамы арқасында тат және коррозияға тұрақтылығы үшін қолданылады.

Терең қаттыландырылған іздегіш роликтерге қарағанда цементтелген роликтерді пайдаланудың қандай артықшылығы бар?

Цементтелген іздегіш роликтердің сыртқы қабаты қаттырақ болып келеді, ол олардың үйкеліске тұрақтылығын арттырып, тозу ортасында ұзақ қызмет етуіне ықпал етеді. Алайда, терең қаттыландырылған роликтерге қарағанда кенетті ауыр соққылар кезінде жарықшақ пайда болуы мүмкін.

Іздегіш роликтердің механикалық қасиеттеріне жылумен өңдеу қалай әсер етеді?

Термиялық өңдеу, мысалы, суыту және төзімділік, беттік қаттылықты арттыру, әлсіздікті азайту және сынғыштыққа тұрақтылық пен жалпы қаттылықты жақсарту арқылы тракторлық валдықтарға әсер етеді.