Криогенное упрочнение зубьев ковшей экскаватора

Увеличение срока службы быстроизнашиваемых деталей в горнорудной, угольной промышленности и транспортном машиностроении является важнейшей экономической задачей. Зубья ковша экскаватора относятся к тяжело нагруженным деталям, работающим при высоких динамических нагрузках, от которых требуется высокая абразивная износостойкость. Зубья изготавливают из износостойкой стали 110Г13Л аустенитного класса. Для повышения вязкости и придания большей склонности к наклёпу изделия подвергают упрочняющей обработке - закалке в воду. Однако широкие пределы концентрации углерода и марганца в стали 110Г13Л при прочих равных условиях не гарантируют постоянства свойств однотипных деталей одного и того же назначения. Для деталей, работающих при абразивном изнашивании с ударными нагрузками при многократном циклическом нагружении, требуется стабильно высокая твердость поверхности и повышенная вязкость для придания большей склонности к равномерному наклепу.

Одним из наиболее эффективных технологических способов повышения абразивной износостойкости изделий из аустенитной износостойкой стали является криогенное упрочнение. В результате криогенного упрочнения повышается твердость и теплопроводность, значительно снижается разброс твердости и коэффициент трения, и как следствие увеличивается абразивная износостойкость, что значительно повышает эксплуатационный ресурс быстроизнашиваемых деталей. Абразивная износостойкость при эксплуатации в условиях рудника зубьев экскаватора повысилась более, чем на 25%.

Проведены исследования по влиянию криогенного упрочнения на увеличение твердости, абразивной износостойкости и снижение разброса твердости стали 110Г13Л. Изменение твердости в результате криогенной обработки приведено в таблице.

Таблица - Влияние криогенной обработки на твердость зубьев ковша экскаватора из стали 110Г13Л

Испытаниями на абразивный износ установлено заметное влияние криогенного упрочнения на абразивную износостойкость аустенитной стали 110Г13Л (рис.). Следует отметить, что во всех экспериментах зафиксировано достаточно выраженное увеличение износостойкости после криогенной обработки. В среднем повышение износостойкости в результате криогенной обработки достигает более 20% при весовом износе в условиях крупного абразивного зерна (Р240) и более 28% - в условиях мелкого абразивного зерна (Р400) при линейном износе.

Рис. Относительная износостойкость образцов из сталей 110Г13Л в результате криогенного упрочнения

Упрочненные криогенной обработкой зубья ковша экскаватора прошли опытно-промышленные испытания в условиях Открытого рудника ПАО «Гайский ГОК». Упрочненные зубья ковша экскаватора отработали 26 суток и подверглись естественному износу до предельно допустимых размеров. При испытаниях не выявлено следов опережающего износа, какого-либо зуба из установленного комплекта, не выявлено следов деформаций, трещин и сколов. По результатам опытно-промышленных испытаний комплекта зубьев ковша экскаватора отгружено 28000 м3 породы объемным весом 2,5 т/м3. Для сравнения комплектом зубьев ковша экскаватора без криогенного упрочнения в среднем отгружают 20519 м3 породы на данном руднике. Комиссия считает, что упрочненные криогенной обработкой зубья ковша экскаватора прошли испытания и показали повышение абразивной износостойкости на 26,7%.

Износостойкие аустенитные стали 110Г13, 110Г13Л применяют так же для изготовления корпусов вихревых и шаровых мельниц, щек и конусов дробилок, траков гусеничных машин, железнодорожных и трамвайных крестовин и других тяжело нагруженных деталей.