煤矿用刮板输送机连接哑铃的淬火工艺研究

煤矿用刮板输送机连接哑铃的淬火工艺研究

牛茂功

山西煤矿机械制造股份有限公司 山西省太原市 030031

摘要：哑铃用于刮板输送机中部槽之间的链接，它具有结构简单，安装方便，联结可靠的特点。由于在工作中要承受巨大的拉伸力与剪切力，所以在大型刮板机上，哑铃的选材大部分选用优质的合金材40CrNiMo。制造工艺为锻打成型、切削加工、调质热处理、表面抛丸处理。40CrNiMo属于合金材料，哑铃在热处理方面传统的工艺为锻后正火温度880℃-910℃，空冷，淬火温度840℃-860℃，油冷，然后根据技术要求选择合适的回火温度。但在实际的大批量生产中，由于大规格的哑铃截面大，可达到直径100mm左右，传统的淬火油往往无法保证每一炉的淬火质量，且淬火产生的油烟对环境也会造成影响，而使用快速淬火油，一次投入成本高而又不易维护。因而，从经济性与安全性方面考虑，研究一种新的40CrNiMo哑铃淬火工艺，是非常必要的。

关键词：煤矿；刮板输送机；哑铃；淬火工艺

引言

矿用刮板输送机是煤矿井下采掘工作面重要设备之一，刮板输送机主要负责采掘工作面煤矸运输，刮板输送机投入使用后大大提高了工作面煤岩装卸效率，降低了劳动作业强度，所以保证刮板输送机安全稳定运行，对提高工作面采掘效率具有重要意义。但是在实际煤矿井下生产过程中由于受刮板输送机安装质量、管理维护水平、地质条件以及运输煤岩性等影响，刮板输送机经常出现故障，其中刮板机链条故障是最常见的故障之一。一旦刮板输送机出现链条，故障能够及时快速处理显得十分重要。

1哑铃使用工况所需的技术要求

由于哑铃是连接中部槽的主要部件，在进行推溜时，中部槽纵向之间有一定的位移，哑铃要承受大的拉伸力，横向之间相互交错前进，哑铃还要承受大的剪切力，因而，哑铃的最基本的热处理技术要求为，抗拉强度≥1100N（MPa），延伸率≥10%。这样才能保证液压支架在推溜过程中哑铃不断裂。

2传统热处理工艺的设计及获得的性能

2.1预备热处理工艺参数

为了改变锻造后的晶粒粗大，使组织均匀化，给以后的最终热处理做准备。对锻造后的40CrNiMo哑铃进行加热880℃。保温150分的正火。正火后的硬度为HB270-320。

2.2为满足锻造后易加工钻孔的切削性能

正火后再进行一次650℃的高温回火，保温150分。回火后的硬度为HB240-280

2.3淬火的设备为

150千瓦的箱式台车炉，温度测量与控制为自动控制仪表，记录仪为数显自动记录仪，装炉方式为：单件在料框中直立摆放一层，每炉两框。摆放好后吊入台车上，入炉加热。

2.4冷却介质

为25号机械油淬火油温控制为60℃-80℃。油温冷却为水循环冷却，冷却速度为每小时20℃。油循环为油槽底部吹风循环。

2.5淬火工艺参数

为加热到860℃，保温150分钟，随即在油中冷却到80℃左右出油，继续空冷到室温。每框抽取中间1件，边上一件进行硬度测试为HRC45-50。

2.6回火设备

同淬火设备一样，工艺参数为加热到500℃，保温180分钟，出炉空冷。硬度为HB350-420。

340CrNiMo材料的分析

40CrNiMo是优质的合金结构钢。是在铬钢中加入金属镍和钼形成的合金结构钢。在钢种金属元素的主要作用为：

3.1铬

因为铬与铁能够无限固熔，并且铬与碳能形成多种碳化物，改善钢的各种性能，相对碳钢来说，加入铬，形成铬钢，无论塑性和韧性还是强度与硬度、力学性能都得到大的改善。所以铬是改善钢性能的最基本、最经济的金属元素。

3.2镍

镍和铁也能无限固熔，所以镍能够强化铁素体，提高钢的疲劳强度，减少对缺口的敏感性；镍和碳不形成化合物，利于奥氏体快速形核，并阻止其长大。因而，镍可以细化晶粒稳定奥氏体。从而提高塑形，改善钢的延伸性。

3.3钼

钼可固溶于铁素体、奥氏体和碳化物中，溶于铁素体能够提高钢的强度，溶于碳化物能稳定碳化物提高钢的耐蚀性，有效的降低钢材的点蚀。和铬相比，钼与碳的亲和力大于铬，极易形成复合的渗碳体，所以淬透性来说，含钼比含铬的淬透性更好。但由于Cr与Mo的双重作用，在淬透性好的同时，白点敏感性也高，淬火易出现裂纹。且正火硬度可达HB270-360,不易加工。

4新工艺的设计

（1）预备热处理工艺参数由于后续的最终热处理淬火温度改为Ac3+（30-50℃），淬火温度低，能有效的杜绝晶粒二次长大，且淬火冷却介质计划使用水，依靠成倍加大的冷却速度，保证淬火后组织的细小，所以对锻造后的40CrNiMo哑铃去除880℃的正火工序。（2）为满足锻造后易加工钻孔的切削性能，同时防止后续淬火裂纹的产生，进行一次680℃的高温去氢退火。（3）淬火的设备同样为150千瓦的箱式台车炉，装炉方式不变（4）为加大冷却速度，得到尽可能多的淬火马氏体，冷却介质改为自来水，淬火水温控制为20℃-35℃。水温冷却为循环凉水塔冷却。水循环为水槽底部吹风循环。（5）淬火工艺参数为加热到780℃，保温150分钟，随即在水中冷却到50℃左右出水，继续空冷到室温。

5新工艺产生的效益

（1）工艺的经济性方面（2）新工艺减少一道正火工序，同时降低了淬火加热温度，油淬改为水淬，缩短了生产周期，提高了劳动生产率。（3）新工艺还使用原来的生产设备与工装，没有增加任何的生产成本。（4）新工艺油淬火改为水淬火，杜绝了处理过程油品的消耗，减少工序与降低加热温度，极大的节约了电能的消耗。从2017年10月到2021年年底,共生产各种哑铃20万件,仅电费一项就节约20多万元。（5）工艺的安全性方面（6）新工艺由于冷却介质为水，和油相比，杜绝了油槽淬火着火的隐患和油烟对人呼吸系统的伤害。（7）新工艺冷却介质为水，不产生任何有害的废弃物排放，改善了生产作业现场的环境同时保护了环境。

6结论

（1）在哑铃锻造后的前期预备热处理中，锻造后680℃去氢退火替代880℃正火加650℃高温回火是完全可行的。（2）哑铃780℃的水淬工艺性能完全能够满足哑铃的技术要求，对40CrNiMo材料来说，是最安全、最经济的热处理工艺。（3）由于降低淬火温度，为保证冷却速度，在生产的实际操作中，要特别注意淬火速度，在冬天，环境温度低10℃时，为弥补吊运过程中的热量损失，淬火加热温度可增加10℃。

结束语

随着我国矿井智能化开采程度越来越高，多数矿井正在由机械化向智能化转型，综采工作面配套的转载机、溜子、割煤机、皮带等运输辅助设备逐渐实现自动化和智能化，以满足矿井安全高效的需求。智能化生产不仅可以提高生产效率，降低劳动强度，更能够依靠设备的自主化管理实现无人值守和无人操控，从而营造更加安全可靠的生产环境。工作面实现刮板输送机在推溜移架过程中的自动校正调直问题，对确保采煤工作面的运煤效率具有重要意义。

参考文献

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