Paklauskite inžinieriaus: kokios medžiagos ir terminis apdorojimas padaro, kad būtų ilgaamžės takelio atraminės?

Pagrindinės medžiagos Bėgimo riedlių buldozeriams-ekskavatoriams Panaudojimo būdai

Apžvalga apie papildomus plienus: 40CrMo, 42CrMo, 40Mn2 ir 50Mn

Buldozeriuose ir ekskavatoriuose naudojami sraigtynės bėgiai labai priklauso nuo konkrečių legiruotųjų plienų, tokių kaip 40CrMo, 42CrMo, 40Mn2 ir 50Mn, nes šie medžiagos pasižymi tinkamu stiprumo ir nubrozdinimų atsparumo balansu. Daugelyje šių plienų anglies kiekis svyruoja nuo maždaug 0,35 % iki maždaug 0,55 %, be to, jie turi svarbių legiravimo komponentų, tokių kaip chromas, molibdenas ir manganas. Paimkime, pavyzdžiui, 42CrMo – jis paprastai turi nuo 0,38 % iki 0,45 % anglies kartu su maždaug 0,90 % iki 1,20 % chromo, todėl jis yra labai gerai kietėjantis per visą medžiagą. Tuo tarpu 50Mn išsiskiria padidintu mangano kiekiu (taip pat maždaug 0,90 % iki 1,20 %), kuris suteikia puikų paviršiaus kietumą, kai tenka susidurti su sunkiomis abrazyvinėmis sąlygomis, su kuriomis įranga susiduria realiose operacijose.

Palyginamoji mechaninių savybių analizė sraigtynės bėgių plienuose

• 40CrMo : Tempiamoji jėga 980–1 180 MPa, tinkamas vidutinės apkrovos sritims
• 42CrMo : Užtikrina puikią atsparumą (1 080–1 220 MPa tempties atsparumas) ir nuovargio atsparumą
• 50Mn : Pasiekia aukštą paviršiaus kietumą (HRC 55–60), tačiau smūginis atsparumas mažesnis nei chromuotųjų plienų

Pramonės tyrimai parodė, kad pereinant nuo 40Mn2 prie 42CrMo aukšto smūginio poveikio aplinkose, eksploatacijos laikas padidėja 23 %.

Kodėl 42CrMo yra naudojamas aukšto krūvio ekskavatorių ir buldozerių bortų riedlių gamybai

Kai kalbama apie medžiagas, naudojamas didelėms apkrovoms, 42CrMo išsiskiria dėl savo stabilumo, kai medžiaga ilgą laiką veikiama kartotinėmis apkrovomis. Išbandymai su detalėmis iš sunkiosios mašinų parodė, kad šio lydinio atkaitinto martensito struktūra iš tikrųjų neleidžia įtrūkimams plisti maždaug 34 procentais geriau nei 50Mn. Tai suteikia akivaizdžią naudą ilgalaikėje naudojimo trukmėje. Taip pat įdomu tai, kad chromas kartu su molibdenu padidina atsparumą rūdžių ir korozijai. Ši kombinacija ypač naudinga ten, kur yra drėgmės ar jūros vandens poveikis, kaip sunkiose sąlygose dirbančiose pakrantės kasyklose, kur įranga nuolat kovoja su žiauriomis aplinkos sąlygomis.

Anglies ir lydinių priedų poveikis bėgių guolių nubrozdinimui

Anglies kiekis (paprastai 0.40–0.50%) tiesiogiai daro įtaką kietumui, tuo tarpu lydinio elementai padeda pagerinti antrines savybes:

• Chromas (0.9–1.2% 42CrMo): padidina kietinamumą ir atsparumą oksidacijai
• Molibdenas (0,15–0,25%): Gerina grūdų struktūrą, padidina lūžio atsparumą

Ši kombinacija ASTM G65 tyrimuose pasiekia 0,0018 mm³/Nm nubrozdinimo koeficientą, kuris 40 % geresnis nei nelegiruotų plienų.

Plieno mikrostruktūros optimizavimas siekiant padidinti ilgaamžiškumą ir patikimumą

Kontroliuojama terminė apdirbimo technologija sukuria bainitinę arba atleistą martensitinę mikrostruktūrą. Važiuoklių riedmenyse latakų martensito struktūra su 10–15 % išlaikytu austenitu užtikrina optimalų įtempties pasiskirstymą. Šiluminių mechaninių apdirbimo procesų pažanga padarė galimą 19 % pailginti komponentų eksploatacijos laiką lauko tyrimuose, ypač esant kombinuotai sukimo ir ašinei apkrovai, būdingai ekskavatorių važiuoklėms.

Kietinimas ir atleidimas: pagrindinės technologijos terminėje apdirboje riedmenims

Greitas aušinimas leidžia greitai atvėsinti legiruotus plienus, tokius kaip 42CrMo ir 50Mn, kad susidarytų martensito struktūra, pasiekiant paviršiaus kietumą iki 58–62 HRC. Vėliau atliekamas atleidimas 400°C–600°C temperatūroje sumažina trapumą perkeliant anglies atomus, išlaikant branduolio atsparumą, kuris yra būtinas buldozerių važiuoklėms, veikiančioms ant nelygaus paviršiaus.

Cementacija ir visas kietinimas: pasirinkite tinkamą metodą nubrozdinimui atlaikyti

Kai kalbama apie ekskavatorių bėginių ritininkus, kurie turi išlaikyti nuolatinį slėgį, visiškas įkaitinimas suteikia gana vienodą kietumo ribą tarp 50 ir 55 HRC, o tai labai gerai veikia šioms paskirčiai. Cementacija žingsnis toliau kelia iššūkius, sukuriant kietesnį išorinį sluoksnį, kuris gali pasiekti net 60 HRC, tuo tarpu vidinis paviršius išlieka patvaresnis ir lankstesnis. Išbandymai terpėje parodė, kad šie cementuoti komponentai veikia apie 18 procentų ilgiau dirbant smėlingose sąlygose, kuriose dėmesys skiriamas abrazyvumui. Tačiau kokia kaina? Tie patys cementuoti ritininkai linkę trūkinėti dažniau, kai veikiami staigių stiprių smūgių, lyginant su visiškai įkaitintomis detalėmis, ką pastebėjo daugelis techninės priežiūros komandų po metų įrangos eksploatacijos.

Kaip atleidimas mažina trapumą išlaikant paviršiaus kietumą

Po užkaitimo atleidimas keičia trapų martensitą į atsparesnį atleistą martensitą, išlaikant apie 90 % pradinio kietumo, o lūžių atsparumas gerėja reikšmingai. Prie volelių, naudojamų subzero sąlygose (žemiau -20°C), dviejų etapų atleidimas 200°C ir 550°C temperatūroje padidina Charpy smūginį atsparumą 30 % be dėvėjimosi savybių praradimo.

Šiluminio apdorojimo poveikis 40CrMo ir 50Mn mechaninėms savybėms

Kai taikome kontroliuojamą alyvos gašinimą esant maždaug 850 laipsnių Celsijaus temperatūroje, 40CrMo atsparumo riba pasiekia bent 980 MPa, todėl ši medžiaga tampa idealiai tinkama labai sunkioms užduotims sunkumų ekskavatoriuose. Tuo tarpu vandens gašinimas gerai veikia su 50Mn plienu, kad būtų pasiekta daug didesnė kietumo reikšmė tarp 55 ir 58 pagal Rokvelo skalę. Tačiau čia yra viena problema. Šis procesas reikalauja labai atidžios atleidimo procedūros, kitaip šie komponentai gali susidurti su įtempimo korozijos problemomis, ypač kai jie naudojami pakrantėse, kur dažnai būna druskos vandens poveikis. Pažvelgus į atkaklumo gyvenimo testus, atsispindi kažkas įdomaus. Veikiant apkrovai beveik 15 000 valandų, 42CrMo ritinio guoliai vis dar išlaiko apie 95 procentus jų pradinės talpos. Tai iš tikrųjų yra 22 procentų pagerinimas lyginant su panašiais 50Mn plieno detalėmis.

Prieštaringumo analizė: pernelyg didelio atleidimo rizika naudojant sunkiai apkrautus bortų guolius

Kaitinant virš 650 °C 42CrMo paviršius gali suminkštėti 12–15 HRC, todėl rengiamose kasybos operacijose padidėja dėvėjimas. Tačiau nauji tyrimai rodo, kad pratęstas žemo temperatūros kaitinimas (230 °C per 8 val.) efektyviai sumažina likutines įtampas, neprarandant kietumo – svarbus privalumas 80 tonų kasiklių perdėtiems bortų riedliams.

Bortų riedlių nubrozdinimo atsparumas, atsparumas ir ilgaamžiškumas sunkiomis sąlygomis

42CrMo bortų riedlių darbo našumas esant abrazyvinės ir smūginės apkrovos

42CrMo bortų riedlių pranašumas aukštos įtampos aplinkoje yra dėl jų subalansuotos mikrostruktūros ir lydinio sudėties. Jie atlaiko abrazyvinius daleles ir smūgines apkrovas virš 750 MPa be lupinėjimo. Praktiniai duomenys rodo, kad šie riedlių išlaiko 92 % pradinio skersmens po 2000 valandų karjeruose – 15 % geriau nei standartinės 40Mn2 versijos.

Paviršiaus kietumo ir nubrozdinimo atsparumo kasiklių bortų riedliuose sąsajos

Paviršiaus kietumas (58–62 HRC) stipriai koreliuoja su nubrozdinimų atsparumu. Tačiau viršijus 64 HRC, trapumo rizika padidėja 30%, pagal metalurginius analizės duomenis. Pažengusi šiluminio apdorojimo technologija pasiekia optimalų kietumo gradientą, užtikrindama paviršinio atsparumo smūgiams (±40 J Charpy smūginio kritimo vertės) ir nubrozdinimų atsparų paviršių, dirbant sunkiomis sąlygoms su daug uolienų.

Atsparumo ir atsparumo plyšimui balansavimas aukšto poveikio srities taikymuose

Šiuolaikiniai bortų ritinio dizainai įveikia atsparumo ir kietumo kompromisinę būklę per:

• Mikrolydavimas su chromu (1,2–1,5%) ir molibdenu (0,2–0,3%)
• Kontroliuojamas aušinimo greitis (50–80°C/s)
• Likutinės suspaudimo įtampos (-800 iki -1 200 MPa), sukeltos smėlio apdorojimu

Ši integruota metodika sumažina įtampos koncentraciją 40% lyginant su konvenciniais visiškai kietintais komponentais.

Išgyvenimo duomenys: bortų ritinio tarnavimo laikas cikluose su optimizuotu šiluminiu apdorojimu

Tinkamai apdoroti 42CrMo guoliai veikia 8000–10 000 valandų buldozerių darbo cikluose – 60 % ilgiau nei neapdoroti komponentai. Po apdorojimo tikslusis mechaninis apdirbimas užtikrina ±0,05 mm tikslumą, neleidžiant guolių grandinės sistemose greito nublizgimo. Nauji duomenys rodo, kad optimizuoti guoliai 35 % mažina pakeitimo dažnumą per standartinį ekskavatorių remonto ciklą.

Apdorojimas ir realaus pasaulio našumas aukštos ilgaamžiškumo guoliuose

Smėlio apdirbimas ir paviršiaus valcavimas: padidina atsparumą nuovargiui

Smėlio apdirbimas sukelia paviršinius suspaudimo įtempimus, kurie uždelša įtrūkimų atsiradimą iki 300 % buldozerių guoliuose. Paviršiaus valcavimas padidina 42CrMo komponentų kietumą 15–20 %. Abu procesai kartu sumažina abrazyvinį nublizgimą 34 % karjero sąlygose, kaip patvirtino ASTM G65-2022 tyrimai.

Tikslusis mechaninis apdirbimas po terminio apdorojimo siekiant palaikyti matmenų stabilumą

CNC apdirbimas po kalibravimo užtikrina ±0,01 mm tikslumą, kuris yra būtinas patikimam bėgimo riedlių veikimui. Netinkama apdirbimo seka gali sukelti 0,3 mm lenkimą 50Mn komponentuose, atsiradus pakankamai, kad padidėtų grandinės nubrozdinimas 60 %. Vieni iš pirminių gamintojų šiuo metu naudoja procese lazerinio matavimo sistemas, kad išlaikytų geometrinį vientisumą.

Atvejo analizė: Medžiagos ir proceso optimizavimas sunkiojoje mašinų statyboje

Kombinuojant tradicinį ketaus apdirbimą ir smėlio dorojimo technikas su moderniomis AI valdomomis 42CrMo ekskavatorių bėginių ritinėlių kietinimo technologijomis, gamintojai pasiekė nuostabius rezultatus. Per 2023 metus atlikti bandymai parodė, kad šiems apdorotiems komponentams tarnavo apie 40 % ilgiau, kai jie buvo veikiami įprastų 12 tonų apkrovų eksplotuojant. Laboratorinė analizė, naudojant Charpy smūginio kietumo bandymą, atskleidė geresnį atsparumą įtrūkimams, pasiekiant apie 58 džaulius energijos sugerties net minus 20 laipsnių Celsijaus temperatūroje. Kainos taupymas taip pat buvo reikšmingas kalnakasybos įmonėms, pradėjusioms naudoti šią technologiją, sumažinus metinius pakeitimo išlaidas apie 740 JAV dolerių vienam ritinėlio vienetui per visą jų parką.

DUK

Kokie yra pagrindiniai naudojami medžiagos ritinėliams buldozeriuose ir ekskavatoriuose ?

Pagrindinės medžiagos, naudojamos buldozerių ir ekskavatorių bortų ritliams, yra legiruotojo plieno rūšys, tokios kaip 40CrMo, 42CrMo, 40Mn2 ir 50Mn. Šios medžiagos yra parenkamos dėl jų stiprumo ir nubrozdinimų atsparumo.

Kodėl 42CrMo legiruotasis plienas yra naudojamas aukštos įtampos apkrovoms?

42CrMo yra naudojamas aukštos įtampos apkrovoms dėl stabilios jo savybių esant pakartotinėms apkrovoms, geresnio įtrūkimų atsparumo ir padidinto atsparumo rūdžių ir korozijai dėl chromo ir molibdeno kiekio.

Kas yra pranašesnio cementuoto paviršiaus ritlių naudojimo privalumas lyginant su visiškai užkalintais ritelemis?

Cementuoti ratai turi kietesnį išorinį sluoksnį, kuris padeda padidinti nubrozdinimų atsparumą, todėl jie ilgiau tarnauja esant šiurkščioms sąlygoms. Tačiau lyginant su visiškai užkalintais ritelemis, jie linkę greičiau įtrūkti esant staigiai didelėms apkrovoms.

Kaip šiluminis apdirbimas veikia ritelelių mechanines savybes?

Termiškas apdorojimas, toks kaip gręžimas ir atleidimas, veikia važiuoklio ritulius padidindamas paviršiaus kietumą, mažindamas trapumą bei gerindamas atsparumą įtrūkimams ir bendrą atsparumą.