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1、无锡职业技术学院毕业论文凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索设计目 录前言.2凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索. 31、钎尾的工作环境和失效形式分析.41.1 钎尾断裂.41.2 尾部端面破损.41.3 螺纹磨损.41.4 钎耳破断.42、钎尾的服役条件.43、钎尾的材料及合金元素的作用.54、En40B常用钎尾的热处理工艺分析.64.1 去应力退火.64.2 渗碳+直接淬火.74.2.1 渗碳.74.2.2 直接淬火.124.2.3 渗碳空淬后常见的缺陷及对策.134.3 低温回火. 164.4时效处理. 165、En40B常用钎尾的新的热处理工艺.175.1 渗碳.175.2 等温淬火.17结论.19
2、参考文献.21凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索 摘要：本文通过对钎具钎尾的工作环境、失效形式及钎尾用钢中所含的元素的种类和含量的分析；对凿岩钎具中材料为En40B的钎尾的热处理工艺进行分析探索；研究了钎尾在实际使用中的性能要求、实际生产中设备的先进性、金相组织、硬度实验；提出了针对En40B钎尾的热处理工艺中所涉及的问题；采用了对钎尾在工艺过程中各工序的温度高低、保温时间长短和可控气氛多用炉中碳浓度的高低的比较及所产生缺陷的分析，从而进一步提出了关于凿岩钎具钎尾的新的热处理工艺：渗碳高温回火等温淬火低温回火；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En40
3、B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（rockdrill tools）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（shark adaptor）。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
4、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。
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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1 En27B、En30B、En40B的化学成分及其质量分数（%）材料CSiMnPSCrMoNi其他En27B0.270.350.150.350.450.700.0400.0500.901.200.250.352.753
10、.25En30B0.260.340.150.350.4520.750.0400.0501.101.400.200.353.904.30En40B0.200.280.150.350.450.700.020.0253.003.500.450.65V0.15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
11、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
12、（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3.003.50，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
