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针对铸钢件连接头断裂机理改进措施的论文

针对铸钢件连接头断裂机理改进措施的论文

摘要：针对矿用液压支架连接头使用不久断裂的问题，对连接头

进行了各种理化分析并且在与同种类型产品的相互比较下，找出连接

头断裂的原因，并结合分析结果，提出连接头在热处理工艺和设计方

面的优化措施，以此改善连接头性能，降低失效率。改进后的连接件，

经过使用反馈，确定其能够满足现场的工作需求，应用前景良好。

关键词：连接头;断裂机理;液压支架

1.概述

铸造业是制造业的重要组成部分，是关系国民生计的重要行业。

铸造技术在石化、电力、造船、钢铁、汽车装备制造、纺织等支柱产

业中应用广泛。我国在铸造技术领域的研究不断趋近国际先进水平，

但转化为现实生产力的少，行业整体技术水平落后[1]。矿用液压支架

用铸钢件连接头，连接了液压支架与刮板运输机，是推溜和拉架是主

要受力部件[2-3]。以伊泰宝山液压支架为例，使用一段时间后，断裂

连接头的比率高达44.4%，给生产带来了极大的隐患。国内外学者对

连接头的断裂原因作过相应的分析，郝玲[4]用三维建模和有限元软件

对液压支架连接头进行分析，确定应力和应变的变化状况，在特种工

况下从结构上对连接头优化设计。汤国强[5]从化学成分上分析连接头

的断裂原因，提出淬火后延长保温时间的工艺措施。李晓霞[6]针对连

接头铸造裂纹产生机理进行研究，并对热处理工艺进行改进，效果良

好。为保证安全生产，在对断裂连接头进行对比、检测的基础上，找

到连接接头断裂的原因，从而适当调整热处理工艺、优化设计，避免

连接头断裂现象的发生。

2.断裂连接头分析

2.1化学成分组成

钢液品质方面，在现有设备下进行了严格的控制。检测样品为原

材料经过分拣、炉前经过检测的标准溶液试样，检测设备为直读光谱

仪。按照GB/T-1987《冶金产品化学分析方法标准的总则及一般规定》

对其进行材质分析，结果显示成分合格，因此认为钢液品质并非造成

连接头断裂的主要因素。化验成分如表1所示：

2.2结构设计合理性对比

在结构设计合理性方面，通过与同一采面S公司生产的同一类型

产品自行对比以及和文献液压支架连接铸造热裂纹缺陷的研究[5]的对

比分析，发现结构相似或相同，结合平煤机连接头断裂率较低的.事实，

确认其并非造成连接头断裂高的主要因素。

2.3铸造缺陷

为验证是否是铸造缺陷造成连接头断裂率高的因素，对断裂最明

显的蒙泰支架连接头进行断面分析和金相检测，断面分析未发现明显

的夹渣、气孔、疏松等铸造缺陷。金相检测中，也未发现明显铸造缺

陷，如平煤机断裂连接头的金相结果图1所示，因此确认其并非造成

连接头断裂率高的主要因素。

2.4金相组织检测

该检测按照《金属纤维组织检测方法》，检测显示，平煤机连接

头达到2级，金相结果如图1所示。三一重工公司该类型连接头晶粒

度5级，如图2所示，结合机械性能实验中平煤机连接头试样延伸率

和冲击功远低于三一重工公司连接头试样分析，是由于正火不充分心

部粗大晶粒没有得到细化，导致晶粒粗大及混晶组织，在调制处理中

发生晶粒的遗传效应，继承了晶粒粗大的缺陷，造成材料韧性低、脆

性大。正火不充分是造成连接头断裂率高的主要原因。

2.5强度试验

取断裂连接头单边耳板为取样基体，拉伸试样和弯曲试样采用机

械加工方法获得，相比用火割方法获得的试样，机械加工方法避免了

热影响区的影响，实验结果更加真实可靠。拉伸试样有效段直径

10mm，原始标距50mm。冲击试样加工成10mm×10mm×55mm

的标准试样，缺口V型。表2、3、4和5分别为平煤机连接头拉伸试

验结果、平煤机连接头冲击试验结果、S公司连接头拉伸试验结果和S

公司连接头冲击试验结果。将表2、3和表4、5的结果进行对比，可

发现三一重工生产的连接头与平煤机生产的连接头抗拉强度区别不大，

但是，连接头冲击功要比平煤机的高，而且数值较为均匀，说明S公

司连接头心部和表面综合性能比较均匀已差别不大。平煤机生产的连

接头冲击功低的主要原因是正火不充分，造成晶粒粗大，在调制过程

中发生晶体的遗传效应。

2.6硬度检测

在调质工艺合理性方面：分别查阅了ZG30Cr06和ZG28Ni