铣刨机刀具断裂原因分析与预防.docx

第页共NUMPAGES6页铣刨机刀具断裂原因分析与预防铣刨机刀具断裂原因分析与预防路面铣刨机是公路及城市道路养护施工的专用机械，由于该设备具有效率高、施工工艺简单、铣刨深度易于控制、操作灵活、机动性能好、铣刨的旧料能直接回收利用等特点，因而被广泛应用于公路、道路、机场路面等沥青混凝土层的开挖翻修等养护施工中。铣刨机施工时机械或液压传动带动铣鼓高速旋转，通过安装在铣鼓上的刀头切削路面以达到铣刨的目的。铣刨机的刀头在铣刨路面时会受到一定的冲击和磨料磨损，因此它是铣刨机主要的耐磨件和损耗件。为了提高铣刨机刀头的使用寿命，就要求其具有较高的强度、硬度、弯曲强度和耐磨性，以防止刀头在使用过程产生早期断裂、弯曲、变形和磨损失效。本文观察了铣刨机刀头工作时的失效形式，进行了试验与分析后，提出提高刀头耐磨性和防止断裂的措施。1试验方法试验材料为商用铣刨机刀头，刀头材料为42CrMo。刀头的冲击试样取自刀头实体，试件的截取方法参考采掘机用截齿行业标准的取样要求，将试件加工成10mm#215;10mm#215;55mm标准U形缺口，缺口深度2mm。冲击试验在HR150型摆锤式冲击试验机上进行，用洛氏硬度仪测定刨路机刀头的硬度。金相组织观察采用NIKON*****00型金相显微镜，组织腐蚀液采用4%的硝酸酒精溶液。图1铣刨机刀头断裂及其磨损形貌2试验结果及分析2.1铣刨机刀头的失效形式图1是铣刨机路面施工时刀头磨损及其断裂的形貌照片。从图中可以看出，铣刀体的失效形式主要为磨损和断裂。磨损主要包括刀头头部的硬质合金磨损和包覆硬质合金部分的刀头裤体磨损。从图1（a）可以看出，在使用过程中刀体材料的磨损较为严重，由于包覆硬质合金裤体部分的磨损，使硬质合金的刀头完全外露，甚至硬质合金脱落。在实际工作时，刨路齿的磨损为刀头主要的失效形式，除此之外还有铣刨刀体和齿体的断裂，虽然刀体断裂所占比例较小，但也会经常发生。图1（b）是铣刨刀头断裂的照片，从图可以看出刨路齿的断裂部位主要在卡环与耐磨刀体连接及装配耐磨垫的过渡处，也有部分刀头断裂发生在尾部卡槽的圆角过渡处。图1（c）是铣刨机刀头头部和柄部的过渡处产生的断裂断口，从图中可以看出，其断裂形貌具有典型的疲劳断口特征。疲劳裂纹产生在刀柄的表面，表面裂纹形成后，裂纹以放射状向内部扩展，最后发生断裂。刨路齿的断裂位置，基本上在装配卡环与刀体台阶处（见图1（d）），该位置为柄部与头部的过渡处，正好挡住卡环。而从施工现场失效的铣刨机齿断裂的位置看出，大部分的断裂位置在柄部与头部的过渡处和柄部尾部卡槽的圆角过渡处，这些台阶会形成应力集中，再加之圆角半径设置不当或机械加工的表面质量不好时，铣刨机刀头在施工过程中的应力集中容易使该处产生表面裂纹，最后发生断裂。2.2铣刨机刀头组织和力学性能分析对新生产的一批铣刨机刀头进行随机实体取样，加工成标准缺口冲击试样，再进行冲击值测定及其硬度检测。结果为：实体取样的冲击值为189J#183;cm-2，硬度为HRC53～54。从测试结果可以看出，铣刨机刀头的冲击值偏低，低于采掘机用截齿行业标准（MT/T246—2006）规定的齿体冲击值≥49J#183;cm-2的要求，而硬度远高于标准中对齿柄部分硬度的要求（HRC38～42）。齿体材料的冲击韧性低，硬度偏高，铣刨机刀头在使用过程虽然耐磨，但由于脆性较大，容易发生刀头的断裂。因此针对硬度偏高而冲击值偏低的问题，测试并改进热处理工艺，调整淬火后的回火温度，由以前的400℃，增加到450℃，再测试刀体，得到结果为：冲击功75J#183;cm-2，硬度为HRC46～47，冲击值超过行业标准要求，硬度也高于行业标准要求。图2是铣刨机刀头实体取样冲试试样的低倍夹杂物和组织形貌。从图2可以看出，冲击功为18.9J#183;cm-2的铣刀实体的取样试样抛光后不腐蚀的低倍形貌上存在较多的夹杂物（图2（a）），且试样上的夹杂物形貌具有一定的几何形状和群聚分布的特点。分析认为，夹杂物主要为FeO#183;Cr2O3等金属氧化物。冲击功为75J#183;cm-2的铣刀实体取样试样抛光后，不腐蚀的低倍形貌同样存在较多的夹杂物（见图2（c）），根据夹杂物在抛光面存在拖尾的特点，可知夹杂物应为Al2O3。试样抛光面用4%的硝酸酒精腐蚀，发现氧化物夹杂依然存在。图2刨路机刀头实体取样的夹杂物和金相组织形貌冲击功为18.9J#183;cm-2的试样，淬火后回火温度为400℃，由于回火温度较低，其试样的金相组织应为回火屈氏体，其组织形貌为铁素体和弥散分布的细小的碳化物，板条束较细。在该温度回火，铁素体还未发生再结晶，组织仍保持着板条马氏体的形状（见图2（b））。冲击功为75J#183;cm-2的试样，淬火后的回火温度为450℃，回火温度较高，金相组织为