凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索Word格式文档下载.docx

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解决了En40B钎尾的热处理工艺参数选定原因和公司工艺中常存在的缺陷问题；

达到了对En40B钎尾热处理工艺的理解,以及利用新工艺提高钎尾的使用性能的目的。

关键词：

材料、钎尾、热处理前言：

无论是各种矿产资源的开采、铁路、公路、水利、水电等能源交通的建设，还是地质、建筑等部门，都离不开钻爆作业，离不开使用凿岩钎具。

钎具见图1图1钎具钎具（rockdrilltools）是凿岩爆破中必不可少的工具。

它是用钎钢和其他材料（如硬质合金）制造而成的钻凿岩石用的工具。

它主要包含四大类部件，即钎杆或称钎子杆（rad），钎头或钻头（bit），连接套筒或称套筒（coupling）与钎尾（sharkadaptor）。

由于公司对钎具的热处理设备是国产的可控气氛箱式多用炉，多用炉只有前室和后室，前室属于预热区，后室主要进行加热和渗碳。

炉内的气氛的调节仍需要人工控制，多用炉的一些性能（如炉内实际的气氛、温度的均匀性）还有些不稳定。

虽然公司主要生产钎具，但是只有钎尾和连接套筒是利用公司的热处理的设备进行处理的。

连接套筒在实际工作中的损害很小，一般需要的量很少，公司主要是对钎尾的热处理。

钎尾是整个凿岩设备的主要消耗工具之一，它的种类很多，材料在公司也有三种，考虑到对工艺探索的具体性，故我选择对公司里材料为En40B的常用钎尾的热处理工艺进行分析。

经过分析了公司的工艺参数的取得原因和存在的一些缺陷，自己又设定一个新工艺，弥补了原来工艺的一些不足之处，使钎尾的使用性能更好地被利用，使用寿命有所延长。

凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索:

作为现代化配套的钎具，钎尾是随着凿岩工艺和凿岩条件的发展而生产的。

在凿岩工艺方面，当从浅孔钻凿发展到中、深孔钻凿时，由于工作截面的限制，若要获取较深的岩孔，就必须在钎杆同一轴线上，采用连接筒连续地连接多支钎杆进行钻凿。

这种凿岩工艺所使用的尾钎杆，就是作为钎尾发展的雏形。

在凿岩条件方面，随着高频率、大功率全液压凿岩设备迅速发展，配套的钎具中的钎杆为传递凿岩机所给予的高频率、大能量的冲击功，导致凿岩机与钎杆配合部位的集几何结构更为复杂，连接配合技术要求也越来越严格。

很显然，凿岩工艺及条件的改变，提高了对尾钎杆的配合和制造技术的要求。

这样，全机械加工、高精度成型的各种各样结构的钎尾就相应产生了。

最终，发展为现代凿岩配套钎具中不可缺少的重要配套件。

1、钎尾的工作环境和失效形式分析钎尾是凿岩机的易损件之一。

钎尾是螺纹连接凿岩钎具的重要组成部分，在工作时直接承受凿岩机高频冲击和强力扭转，将凿岩机活塞运动的冲击功从钎尾尾端传递到钎杆和钎头，进行凿岩作业，同时在凿岩机转动套的带动下传递扭矩，使整个钎具的系统转动。

钎尾内孔还受到快速流水的冲刷和矿水的腐蚀。

工作环境的恶劣和承受载荷的复杂性，对钎尾的使用性能提出了更高要求。

钎尾是将活塞的冲击能量传递给钎杆、钎头，达到破碎岩石作用，在使用时钎尾破坏形式主要是钎尾断裂、尾部端面破损、螺纹磨损、钎耳破断等几种失效形式。

1.1钎尾断裂螺纹钎具凿岩作业是钎尾不可避免的承受冲击、扭转、弯曲等方面作用，容易引起断裂。

断裂是钎尾在工作过程中经常发生的疲劳破坏，发生在钎尾注水口处。

另外，钎尾在煤矿井下腐蚀介质中，也很容易在注水口处产生腐蚀坑，在冲击载荷作用下，腐蚀坑中产生应力集中并发展成疲劳裂纹，在腐蚀与疲劳应力共同作用下，裂纹扩展直到断裂。

1.2尾部端面损坏钎尾尾部端面直接承受凿岩机活塞的冲击接触，端面剥落是常见的损坏方式。

大多数钎尾使用后在尾部端面出现较小的浅层剥落，肉眼看上去是比较浅的“小坑”，这种剥落对使用影响不大；

比较严重的大块深层剥落与活塞的接触状况恶化，甚至造成活塞损坏，给用户造成经济损失。

这种大块的深层剥落是由于表面产生了与端面相垂直的裂纹造成的。

主要由于钎尾在热处理过程中产生局部过热或过烧、淬火裂纹或内应力过大引起的。

1.3螺纹磨损钎尾在钻凿过程中，其外螺纹与连接套筒的内螺纹进行连接配合，在使用承受着冲击、扭转、弯曲等几方面作用，螺纹由于硬度不够易于磨损。

1.4钎耳破断钎尾的钎耳与凿岩机内套的花键配合，主要承受扭转应力的作用。

在凿岩过程中，轴向拉压应力、扭转应力通过钎耳促使钎具产生旋转，将冲击功传递给钎头，达到破碎岩石的作用。

因此，钎尾的钎耳能承受的交变应力是很大的，在此处经常产生断齿现象。

钎耳破断以后，凿岩机的扭转应力无法传递给钎具而告失效。

2、钎尾的服役条件根据钎尾的工作环境和失效形式的分析，钎尾应具有足够的强度和韧性，高的表面强度和耐磨性以及高的疲劳抗力和一定的耐腐蚀性能，心部具有良好的韧性；

能够承受凿岩机高频冲击和强力扭转；

抵抗流水的冲刷和矿水的腐蚀。

3、钎尾的材料及合金元素的作用钎尾的材料有许多种，现就我所在的公司的材料进行分析，公司因是外资企业，所用的钎尾的材料牌号均为英国牌号；

即：

En27B、En30B、En40B，它们均属于合金结构钢。

见表1。

表1En27B、En30B、En40B的化学成分及其质量分数（%）材料CSiMnP≤S≤CrMoNi其他En27B0.27～～～.0500.90～～～3.25――En30B0.26～～～.0501.10～～～4.30――En40B0.20～~～～.0253.00～～0.65――V≥0.15各种元素对合金结构钢的性能的影响:

碳（C）在钢中随着其质量分数的增加，可提高钢的强度和硬度，但降低塑性和韧性。

碳与钢中某些合金元素化合形成各种碳化物，对钢的性能产生不同的影响。

以上三种材料根据钎尾的服役条件，三者均需要渗碳，增加含碳量。

硅（Si）提高钢的强度和回火稳定性，特别是经淬火、回火后能提高钢的屈服极限和弹性极限。

含硅量高的钢，其磁性和电阻均明显提高，但Si有促进石墨化倾向。

三种材料很好的利用了硅在钢中的优点。

锰（Mn）提高钢的强度和显著提高钢的淬透性，能消深和减少硫对钢能产生的热脆性，含锰量高的钢，经冷加工或冲击后具有高的耐磨性，但有促使钢的晶粒长大和增加第二类回火脆性的倾向。

锰的含量较高，正好使钎尾经过冷加工或冲击后具有高的耐磨性。

磷（P）增加钢中的非金属夹杂物，使钢的强度和塑性降低，特别是在低温时更严重（冷脆性），但稍高的含磷量能改善低碳钢的切削加工性。

三种钢的含磷量都较低，磷对钢性能的影响也较小，尤其是对En40B材料的合金结构钢影响更小。

硫（S）增加钢中的非金属夹杂物，使钢的强度降低，在热加工时，容易产生脆性（热脆性），但稍高的含硫量能改善低碳钢的切削加工性。

硫在这三种钢的含量也较低，影响和磷的影响一样都较小，En40B硫含量不到0.025％，影响不大。

铬（Cr）提高钢的强度、淬透性和起到细化晶粒，提高韧性和耐磨性的作用，但存在第二类回火脆性的倾向。

含铬量高的钢，能增大抗腐蚀（性的）能力，铬与镍元素等配合能提高抗氧化性和热强性，并进一步提高抗腐蚀性。

三种钢的含铬量都较多，特别是En40B含铬量达3.00～3.50％，其抗腐蚀的能力增加，韧性也增加。

镍（Ni）提高钢的强度，而对塑性和韧性影响不大，含量高时与铬配合能显著提高钢的耐腐蚀性和耐热性。

En27、En30B的含镍量都很高，刚好与铬配合达到了提高钢的耐腐蚀性和耐热性之目的，En40B材料就没有这种效果。

钼（Mo）提高钢的热硬性和耐磨性，有阻碍钢晶粒长大和防止回火脆性的作用，也能提高回火稳定性，还能提高钢的淬透性。

它对三种钢的影响差不多，对En40B的影响大些。

钒（V）能细化晶粒，提高钢的强度和韧性，提高钢的耐磨性和热硬性以及回火稳定性。

它只存在于En40B中，它弥补了En40B中不含镍的不足。

由于三种材料的含合金元素的种类和数量差不多，它们的热处理工艺几乎相同。

4、En40B常用钎尾的热处理工艺分析En27、En30B、En40B三种材料都能满足钎尾的使用性能，三者由于所含元素相近，热处理工艺差不多，仅在渗碳时间长短、碳势高低和回火温度、时间上有些差异。

为了工艺分析的全面，现针对公司里的材料为En40B长度为550mm的常用钎尾进行热处理工艺分析。

其工艺流程为：

锻造坯料―去应力退火―机械加工―渗碳―直接淬火―低温回火―校直―时效处理―抛丸―精磨。

4.1去应力退火专业定做机械设计,包括机械毕业设计和课程设计,同时有大量的现成的设计出售。

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其他，所以需要再升温。

升温的时间是根据装炉量的多少来决定的，钎尾多时，需要的升温时间较长；

反之，则升温的时间较短。

若钎尾量为60根时，一般的升温时间一个小时左右，才到达指定的温度925℃。

这个渗碳温度比一般的渗碳的温度（820℃左右）高，其原因是：

提高渗碳温度，可以显著地提高扩散系数。

当渗碳温度从920℃升高到1000℃是扩散系数就可以提高1.7倍以上，所以提高渗碳温度就能提高