Про доцільність виготовлення зубів ковшів екскаваторів із сталі 110Г13Л
Санкт-Петербурзький державний гірничий університет, м. Санкт-Петербург
В.І. Болобов, А.П. Баталов, Ю.В. Ликів, В.С. Бочків
Вважається [1-3], що в умовах тертя, що супроводжується великим питомим тиском і ударами, зталь 110Г13Л (сталь Гадфільда ) має аномально високу зносостійкість. Це пояснюється її підвищеною здатністю збільшувати твердість, а отже, як зазвичай вважають [3], і опір зносу зі збільшенням ступеня пластичної деформації значно більше, ніж у звичайних сталей з такою ж вихідною твердістю.
Мал. 1. Вплив ступеня пластичної деформації на твердість сталі 110Г13Л(1) у порівнянні зі сталлю 40(2) [1]
З цієї причини до теперішнього часу сталь 110Г13Л залишається одним з основних конструкційних матеріалів для виготовлення елементів гірничодобувного та гірничо-збагачувального обладнання, що працюють у контакті з породою при значних напругах та динамічних навантаженнях: зубів ковшів екскаваторів, футеровок кульових млинів, бив та щік дробилок.
33-38 HRC(НВ3110-3530 МПа) після їх роботи з граніту, в якому найбільш твердий породоутворюючий мінерал - кварц має мікротвердість - 10000 МПа [6], а також за виміром твердості різних ділянок зуба до і після експлуатації.
Відповідно до результатів огляду виявилося, що вид поверхонь нижньої та верхньої частин зубів після роботи різний. Якщо поверхня верхньої частини зубів гладка і блискуча з окремими рідкісними подряпинами (рис. 2а), то нижньої - темна і шорстка, вся поцяткована глибокими подряпинами паралельними напрямку руху зуба (рис. 2б). Такі види поверхні характерні для ударно-абразивного (верх) та суто абразивного (низ) видів зносу, відповідно.
Мал. 2. Загальний вигляд верхньої (а) та нижньої (б) поверхонь зуба та окремих їх точок
Як показали спостереження за роботою зубів, швидкому зносу піддається лише нижня їхня поверхня, у той час як верхня з помітною швидкістю не зношується. З цієї причини за прийнятою на кар'єрі практиці для збільшення терміну служби зубів їх періодично переставляють, повертаючи на 180°, змінюючи місцями верхню та нижню сторони зубів.
Вимірювання твердості зуба проводили з використаннямпортативного твердоміра ТКМ-459, індентор (алмазний наконечник) якого закріплений на кінці металевого стрижня, що коливається під дією п'єзоелемента з резонансною частотою. При впровадженні наконечника в метал на ту чи іншу глибину, що залежить від твердості металу, змінюється частота коливань стрижня, що фіксується приладом.
Відповідно до вимірів виявилося, що твердість сталі 110Г13Л у всіх точках робочої поверхні як верхньої, так і нижньої частин зуба практично однакова і становить
50-55 HRC(НВ4810-5600 МПа), що значно перевищує твердість матеріалу зуба до експлуатації. (Дещо відрізняються дані отримані в роботі [7] для умов роботи зубів на кам'яно-щебеневому кар'єрі: твердість сталі на вершині зуба в процесі експлуатації досягає НВ4200 МПа і знижується в міру віддалення від вершини (на 80 мм) до твердості (НВ2050 МПа)) . Ця обставина може свідчити про те, що в процесі роботи зуба матеріал обох його сторін зазнає суттєвої наклеп: на верхній стороні зуба - в результаті ударів великих фрагментів граніту при їх перекочуванні в ковші при навантаженні та вивантаженні, на нижній, як можна припустити, - з -за пластичної деформації металу за його дряпанні породу. Останнєприпущення ґрунтується на результатах досліджень [5], що показують, що при абразивному зношуванні стали 110Г13Л про кварцовий пісок мікротвердість дна та стінок подряпини досягає 800 HV(НВ7220 МПа).
Підсумовуючи результати візуальних спостережень та вимірювання твердості, можна зробити висновок, що, хоча в процесі роботи обидві сторони зуба піддаються інтенсивному наклепу, його вплив на зносостійкість верхньої та нижньої поверхонь зуба позначається по-різному: в умовах ударно-абразивного зносу, що має місце на верхній стороні зуба, наклеп суттєво уповільнює швидкість руйнування сталі, у разі абразивного виду зносу, що спостерігається в умовах роботи нижньої сторони зуба, наявність наклепу на швидкості руйнування сталі 110Г13Л практично не позначається. При цьому не підвищує зносостійкості сталі Гадфільда у разі абразивного зносу та та обставина, що тертя нижньої поверхні зуба породу супроводжується значними питомими навантаженнями.
Такий висновок підтверджується результатами низки досліджень, зокрема [8], у яких показано, що наявність наклепу на зносостійкості сталі Гадфільда в умовах абразивного зношування практично не позначається, у тому числі, і за наявності значних навантажень на матеріал. У той же час відомо [9], що поверхневе деформування, що сприяє наклепу, є ефективним способом підвищення зносостійкості металевих матеріалів при ударно-абразивному зношуванні.
Таким чином, унікальна здатність до наклеп сталі 110Г13Л сприятливо позначається на підвищенні зносостійкості верхньої поверхні зуба і ніяк не позначається на зносостійкості нижньої. А оскільки термін служби зуба лімітує швидке зношування нижньої його сторони, виготовлення зубів ковшів екскаваторів з дорогої сталі Гадфільда.навряд можна вважати доцільним.
Гуляєв А.П.Металознавство. М: Металургія, 1986. 544 с.
Марганцевиста сталь. Пров. з англ. Б.А. Білоуса за ред. М.Є. Блантера. М.: Металургіздат, 1959. 94 с.
Давидов Н.Г.Високомарганцева сталь. М.: "Металургія", 1979. 176 с.
Шамоня В.П.Довговічність зубів ковшів екскаваторів ЕКГ-8 в умовах Норильська/В.П. Шамоня, А.І. Михайлівський, В.А. Ковальчук, Б.М. Благих // «Гірський журнал», № 7, 1966. Стор. 53-56.
Львів П.Н.Зносостійкість деталей будівельних та дорожніх машин. М.: "Машгіз", 1962. 89 с.
Тененбаум М.М.Зносостійкість деталей та довговічність гірських. М.: ГН-ТІЛ за ГД, 1960,246 с.
ЯмшановП.ІЗміцнення виливків із сталі 110Г13Л енергією вибуху / П.І. Ямшанов, Р.З. Кац, В.І. Силантьєв, А.К. Кописова, Т.Ф. Пирогова // «Ливарне виробництво», № 9, 1975. Стор. 17-18.
Болобов В.І.Про можливість підвищення зносостійкості Гадфільда стали наклепом в умовах роботи футеровок кульових млинів / В.І. Болобов, В.С. Бочков// Сучасні проблеми машинобудування: праці VI Міжнародної науково-технічної конференції/Томський політехнічний університет. – Томськ: Вид-во Томського політехнічного університету, 2011. Стор. 42-46.
Маляров П.В. Основи інтенсифікації процесів рудопідготовки: Монографія. – Ростов-на-Дону: ТОВ «Ростіздат», 2004. – 320 с.