矿用牙轮钻头滚动轴承的硬度匹配研究

摘要

目前我国矿用牙轮钻头的使用寿命与国外相比还有很大的差距。由于牙轮钻头的工作特点，使得牙轮钻头的轴承系统很容易破坏而引起钻头的失效。目前在结构方面主要解剖和仿制国外97/8 产品，经过多年的设计生产已开发出了许多规格和品种的牙轮钻头，但摩擦副配对的基础研究工作做得很少。本文在EX30、SN2025、55SiMoV 材料基础上，对轴承系统的硬度匹配做了详细的研究，最终确定出了最佳工艺与硬度匹配，同时对轴承耐磨性的影响因素和磨损机理进行了探讨。
　　 热处理工艺试验结果表明，EX30和SN2025渗碳后渗碳层碳化物的级别为2级，55SiMoV 钢渗层碳化物级别为1级。渗碳EX30 钢的最佳淬火温度为820℃，回火温度为190-280℃，表面洛氏硬度为HRC58-63。渗碳SN2025钢的其最佳淬火温度为820℃，回火温度为160-205℃，表面洛氏硬度为HRC58-63。渗碳55SiMoV 钢的最佳淬火温度为850℃，回火温度为350-390℃，表面洛氏硬度为HRC58-63。未渗碳55SiMoV 钢的最佳淬火温度为870℃，回火温度为170-190℃，表面洛氏硬度为HRC57-60。组织和硬度符合牙轮钻头轴承材料的技术要求。磨损正交试验表明：渗碳55SiMoV 与EX30 组成的摩擦副中，最佳匹配为：EX30表面碳含量及表面硬度分别为1.04％和HRC58～60，55SiMoV表面硬度为HRC60～62。渗碳55SiMoV 与SN2025组成的摩擦副中，最佳匹配为：SN2025钢表面碳含量及表面硬度分别为0.80％和HRC60～62，55SiMoV表面硬度为HRC62～63。对于轴承系统整体的耐磨性，建议的热处理参数为：牙爪EX30的表面碳含量为1.04％，硬度为HRC58-60，滚柱55SiMoV表面碳含量为0.95％，硬度为HRC60-62，牙轮表层碳含量为0.8％，硬度为HRC60-62。
　　 试验结果表明：EX30 钢的耐磨性随着表面碳含量的增加而增加，SN2025钢的耐磨性随着表面碳含量的增加而降低。EX30和55SiMoV 组成的摩擦副要比SN2025和55SiMoV组成的摩擦副平均磨损量高2.4 倍。EX30和SN2025的磨损形式主要为氧化磨损，55SiMoV的磨损形式主要为疲劳磨损。