煤礦機(jī)械無軸承行星軸材料研究

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摘要：針對煤礦井下使用條件，對無軸承行星傳動裝置核心元部件行星軸材料進(jìn)行分析，通過分析研究化學(xué)成分和熱處理工藝對銅基合金力學(xué)性能的影響，制定材料熱處理工藝；通過對試樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測，分析結(jié)果，調(diào)整材料元素成分配比和熱處理工藝，最終實(shí)現(xiàn)試件力學(xué)性能各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求。

關(guān)鍵詞：煤礦；無軸承；行星軸；材料

0引言

無軸承行星傳動裝置，可有效利用有限空間，合理分配行星軸、行星輪、行星架的空間尺寸，均衡各零件的強(qiáng)度，提高行星傳動的整體可靠性，目前我國礦用齒輪箱采用無軸承行星傳動結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品已經(jīng)推廣使用，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中其核心元部件行星軸的質(zhì)量直接影響整個傳動裝置的可靠性，本文結(jié)合煤礦井下實(shí)際工況，對無軸承行星軸材料進(jìn)行探討。

1行星軸材料熱處理

目前國內(nèi)外的行星軸采用的是一種綜合性能較好的銅基合金材料，采用固溶處理和時效處理2個熱處理步驟。首先選用的銅基合金為國標(biāo)中存在的材料，對該材質(zhì)進(jìn)行表1中所羅列的熱處理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。從表2中可以看出，只有HT3的性能基本滿足了基礎(chǔ)指標(biāo)，這與設(shè)想的理想指標(biāo)還相差甚遠(yuǎn)，這就說明前期從資料上所收集的參數(shù)并不是太適合本次實(shí)驗(yàn)所用的標(biāo)準(zhǔn)銅基合金材質(zhì)，需要對熱處理參數(shù)進(jìn)行重新選擇。從表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，固溶處理的溫度在770~800℃，在相同時效條件下處理時，材料的力學(xué)性能并沒有發(fā)生什么變化；而在相同的固溶條件下，時效溫度的變化會對材料的力學(xué)性能產(chǎn)生一定得影響，如HT3和HT6。故再進(jìn)行熱處理時固溶溫度選擇為785℃（中間溫度），將重點(diǎn)放在時效處理上，熱處理方案如表3所示。通過HT3和HT6的比較，可以發(fā)現(xiàn)提高時效處理溫度可以提高材料的強(qiáng)度和硬度，故在HT7處理時時效溫度選定為340℃，經(jīng)檢測HT7處理后材料的綜合力學(xué)性能除拉伸強(qiáng)度外都已經(jīng)達(dá)到預(yù)設(shè)的理想指標(biāo)，從所查閱的資料中可知，分步時效可以進(jìn)一步地提高材料的強(qiáng)度，故對材料進(jìn)行了表3中的HT8綜合熱處理，從表4實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看并不是很理想，雖然進(jìn)一步提高了材料的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度，但是材料的硬度和延伸率卻出現(xiàn)了下降，延伸率下降尤為明顯，使得材料的綜合力學(xué)性能并不能達(dá)到預(yù)設(shè)的理想指標(biāo)。

2行星軸材料合金成分

對標(biāo)準(zhǔn)銅基合金材質(zhì)而言，通過對熱處理各參數(shù)的調(diào)節(jié)并不能達(dá)到預(yù)設(shè)的理想指標(biāo)，有必要對合金成分進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步提高合金力學(xué)性能。從相關(guān)資料中可以看出，合金中的Be含量對合金的性能起著主導(dǎo)性的作用，為了能找出滿足理想指標(biāo)的銅基合金材料，決定在標(biāo)準(zhǔn)銅基合金的基礎(chǔ)上增加Be的含量提高合金的綜合力學(xué)性能，成分如表5所示。通過對標(biāo)準(zhǔn)銅基合金材質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究，可以初步確定HT7為此種銅基合金材質(zhì)的最佳熱處理方案。對新型銅基合金樣件進(jìn)行HT7熱處理，經(jīng)檢驗(yàn)新型銅基合金棒材的綜合力學(xué)性能（見表6）完全達(dá)到了預(yù)設(shè)的理想指標(biāo)。

3結(jié)語

通過多次對新型銅基合金進(jìn)行HT7熱處理，新型銅基合金棒材的綜合力學(xué)性均能穩(wěn)定保持表7的力學(xué)性能。最終確定采用新型銅基合金，采用785℃固溶處理，340℃時效處理的熱處理方法制做無軸承行星軸。通過對比可以看出，新研制國產(chǎn)行星軸綜合力學(xué)性基本達(dá)到進(jìn)口同類產(chǎn)品的水平。

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作者：石濤 單位：中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司