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煤矿机械无轴承行星轴材料研究

摘要:针对煤矿井下使用条件,对无轴承行星传动装置核心元部件行星轴材料进行分析,通过分析研究化学成分和热处理工艺对铜基合金力学性能的影响,制定材料热处理工艺;通过对试样进行力学性能检测,分析结果,调整材料元素成分配比和热处理工艺,最终实现试件力学性能各项指标达到要求。

关键词:煤矿;无轴承;行星轴;材料

0引言

无轴承行星传动装置,可有效利用有限空间,合理分配行星轴、行星轮、行星架的空间尺寸,均衡各零件的强度,提高行星传动的整体可靠性,目前我国矿用齿轮箱采用无轴承行星传动结构的产品已经推广使用,在实际生产应用中其核心元部件行星轴的质量直接影响整个传动装置的可靠性,本文结合煤矿井下实际工况,对无轴承行星轴材料进行探讨。

1行星轴材料热处理

目前国内外的行星轴采用的是一种综合性能较好的铜基合金材料,采用固溶处理和时效处理2个热处理步骤。首先选用的铜基合金为国标中存在的材料,对该材质进行表1中所罗列的热处理实验,实验数据如表2所示。从表2中可以看出,只有HT3的性能基本满足了基础指标,这与设想的理想指标还相差甚远,这就说明前期从资料上所收集的参数并不是太适合本次实验所用的标准铜基合金材质,需要对热处理参数进行重新选择。从表1的实验数据中可以看出,固溶处理的温度在770~800℃,在相同时效条件下处理时,材料的力学性能并没有发生什么变化;而在相同的固溶条件下,时效温度的变化会对材料的力学性能产生一定得影响,如HT3和HT6。故再进行热处理时固溶温度选择为785℃(中间温度),将重点放在时效处理上,热处理方案如表3所示。通过HT3和HT6的比较,可以发现提高时效处理温度可以提高材料的强度和硬度,故在HT7处理时时效温度选定为340℃,经检测HT7处理后材料的综合力学性能除拉伸强度外都已经达到预设的理想指标,从所查阅的资料中可知,分步时效可以进一步地提高材料的强度,故对材料进行了表3中的HT8综合热处理,从表4实验的结果来看并不是很理想,虽然进一步提高了材料的拉伸强度和屈服强度,但是材料的硬度和延伸率却出现了下降,延伸率下降尤为明显,使得材料的综合力学性能并不能达到预设的理想指标。

2行星轴材料合金成分

对标准铜基合金材质而言,通过对热处理各参数的调节并不能达到预设的理想指标,有必要对合金成分进行调整,进一步提高合金力学性能。从相关资料中可以看出,合金中的Be含量对合金的性能起着主导性的作用,为了能找出满足理想指标的铜基合金材料,决定在标准铜基合金的基础上增加Be的含量提高合金的综合力学性能,成分如表5所示。通过对标准铜基合金材质的实验研究,可以初步确定HT7为此种铜基合金材质的最佳热处理方案。对新型铜基合金样件进行HT7热处理,经检验新型铜基合金棒材的综合力学性能(见表6)完全达到了预设的理想指标。

3结语

通过多次对新型铜基合金进行HT7热处理,新型铜基合金棒材的综合力学性均能稳定保持表7的力学性能。最终确定采用新型铜基合金,采用785℃固溶处理,340℃时效处理的热处理方法制做无轴承行星轴。通过对比可以看出,新研制国产行星轴综合力学性基本达到进口同类产品的水平。

参考文献:

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作者:石涛 单位:中国煤炭科工集团太原研究院有限公司

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