劉學(xué)紅,鄒愛忠(山東天開鎢業(yè)有限公司,山東聊城)

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盾構(gòu)硬質(zhì)合金分析與應(yīng)用

劉學(xué)紅,鄒愛忠
(山東天開鎢業(yè)有限公司,山東聊城)

摘 要:盾構(gòu)硬質(zhì)合金應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜,從事地下掘進(jìn),對(duì)地質(zhì)成分不明確的隧道、地鐵等工程,在推進(jìn)力、剪切力等大功率設(shè)備上,要求盾構(gòu)合金具有很好的抗沖擊韌性和耐磨性。

關(guān)鍵詞:盾構(gòu)合金;韌性;耐磨性;鈷含量;晶粒度

隨著近年來城市的快速發(fā)展,對(duì)交通運(yùn)輸?shù)雀鞣矫娴男枨笤絹碓礁?城市地鐵和隧道等的施工建設(shè)也就越來越多。目前國內(nèi)約有30個(gè)城市正在進(jìn)行城市地下軌道交通建設(shè),加上大型的越江工程,規(guī)劃建設(shè)的總里程超過12000公里,總投資估算超過1.3萬億元,作為在施工中起主導(dǎo)作用的盾構(gòu)合金,應(yīng)用是非常廣泛的。我國目前年消耗盾構(gòu)合金大約800噸左右,估計(jì)今后幾年盾構(gòu)合金用量有10%增長(zhǎng)速度。由于受地質(zhì)等各方面的影響,不同類型的硬質(zhì)合金在施工中起了不同的作用。本文針對(duì)其中主要的影響因素進(jìn)行分析以及闡述盾構(gòu)合金的運(yùn)用。

1　盾構(gòu)合金鈷含量分析

盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用環(huán)境是地下掘進(jìn),由于地質(zhì)成分不明確,且盾構(gòu)機(jī)是一種推進(jìn)力、剪切力大的大功率設(shè)備,這就要求硬質(zhì)合金具有很高的韌性。否則,硬質(zhì)合金在高強(qiáng)的推力和剪切力作用下,容易產(chǎn)生碎裂和折斷。

鈷在硬質(zhì)合金中作為粘結(jié)劑,對(duì)硬質(zhì)合金貢獻(xiàn)了韌性的作用,鈷含量高,韌性就強(qiáng),通過我們的實(shí)驗(yàn),鈷含量在10%～15%之間效果為佳,并分別生產(chǎn)了以下幾種不同鈷含量的硬質(zhì)合金(圖1～圖2):

根據(jù)以上范圍對(duì)不同鈷含量硬質(zhì)合金做了以下對(duì)比實(shí)驗(yàn):

圖1　盾構(gòu)合金Fig.1 Shield cemented carbide

圖2　盾構(gòu)合金Fig.2 Shieldcementedcarbide

圖3　盾構(gòu)合金Fig.3 Shieldcementedcarbide

圖4　盾構(gòu)刀具Fig.4 Shield cutter

圖5　盾構(gòu)刀具Fig.5 Shield cutter

圖4為鈷含量低于10%的硬質(zhì)合金使用情況,主要表現(xiàn)為合金容易出現(xiàn)碎裂;

圖5為鈷含量高于15%的硬質(zhì)合金使用情況,主要表現(xiàn)為合金容易出現(xiàn)不耐磨問題。

2　盾構(gòu)合金晶粒度分析

盾構(gòu)機(jī)破巖原理是靠前面合金刀具的擠壓和剪切作用,這就要求硬質(zhì)合金有一定的耐磨性,即硬度,在合金中也表現(xiàn)為金相晶粒度大小。晶粒度越大,耐磨性越差,晶粒度小,耐磨性好。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過程中得出結(jié)論,晶粒度以3～5μm為佳。晶粒度5μm的合金磨損相對(duì)快,成本變高;晶粒度低于3μm的,在有的地質(zhì)條件下容易出現(xiàn)硬質(zhì)合金崩裂。我們分別生產(chǎn)了以下幾種不同晶粒度的硬質(zhì)合金(圖6～圖8):

圖6　盾構(gòu)合金Fig.6 Shield cemented carbide

圖7　盾構(gòu)合金Fig.7 Shieldcementedcarbide

圖8　盾構(gòu)合金Fig.8 Shieldcementedcarbide

根據(jù)以上范圍對(duì)不同晶粒度硬質(zhì)合金做了以下對(duì)比實(shí)驗(yàn):

圖9為鈷的晶粒度低于3μm的硬質(zhì)合金使用情況,主要表現(xiàn)為合金容易出現(xiàn)碎裂;

圖10為晶粒度高于5μm的硬質(zhì)合金使用情況,主要表現(xiàn)為合金容易出現(xiàn)不耐磨問題。

圖9　盾構(gòu)刀具Fig.9 Shield cutter

圖10　盾構(gòu)刀具Fig.10 Shield cutter

3　結(jié)論

經(jīng)過以上分析,我們得出結(jié)論:(1)盾構(gòu)合金中,鈷含量選擇很關(guān)鍵,關(guān)系刀具的韌性,鈷含量10%～15%為最佳效果;(2)盾構(gòu)合金中,晶粒度大小選擇:晶粒度大小關(guān)系著刀具的耐磨性,以3～5μm為最佳效果。

俄媒稱中國學(xué)者用金剛石建成世界首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)

俄媒稱,中國學(xué)者使用一塊金剛石建成世界上首臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。該計(jì)算機(jī)能夠在不到一秒的時(shí)間內(nèi)提取獲得被編碼的信息,而普通的計(jì)算機(jī)要完成這一工作則需要幾年甚至十年的時(shí)間。

據(jù)俄羅斯衛(wèi)星網(wǎng)12月11日?qǐng)?bào)道,以杜教授為首的中國科技大學(xué)研究小組建立了一個(gè)新的系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)可以使用相應(yīng)的方式退出體系結(jié)構(gòu)。比起普通二進(jìn)制計(jì)算機(jī),這一系統(tǒng)使得能夠進(jìn)行更為大量的計(jì)算。通常,這種系統(tǒng)都需要帶有氣候檢測(cè)的特別裝備實(shí)驗(yàn)室,而這一新模型卻能夠在普通的房屋內(nèi)也能夠安全存放。其量子計(jì)算能夠在普通室溫的條件下工作,這是借助于金剛石中少量的氮來完成的。

報(bào)道稱,這一工作的主要目的是使量子計(jì)算機(jī)能夠用于商業(yè)。他們可以處理龐大容量的信息,并以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快的速度解決一些復(fù)雜問題。

就在兩三年前,量子計(jì)算機(jī)被認(rèn)為是大多數(shù)學(xué)者遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。因大量的技術(shù)問題,很多人認(rèn)為,在計(jì)算機(jī)能夠投入應(yīng)用之前,建造這一計(jì)算機(jī)則需要十年。

報(bào)道稱,一些在量子機(jī)械基礎(chǔ)上所研制出為特別計(jì)算所使用的系統(tǒng)首先是被美國一些公司所發(fā)明出來的,如其中的洛克希德馬丁公司及洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室。 (參考消息網(wǎng))

Analysis and Application of Shield Cemented Carbide

LIU Xue-hong,ZOU Ai-zhong
(Shandong Tiankai Tungsten Industry Co.,Ltd.Liaocheng,Shandong Province,China 252000)

Abstract:The application environment for shield cemented carbide is complex.Shield cemented carbide needs to have an excellent impact toughness and abrasive resistance as it is applied on high-power machine of propulsion and shear force used for underground excavation of projects such as tunnels and subway of unidentified geological composition.

Keywords:shield cemented carbide;impact toughness;abrasive resistance;cobalt content; grain size

作者簡(jiǎn)介:劉學(xué)紅(1975-),天開鎢業(yè)有限公司總經(jīng)理,從事硬質(zhì)合金管理與研發(fā);鄒愛忠(1978-),2002年畢業(yè)于南方冶金學(xué)院(現(xiàn),江西理工大學(xué))冶金工程專業(yè),學(xué)士學(xué)位,工程師,一直從事地礦硬質(zhì)合金生產(chǎn)與研發(fā)。

收稿日期:2016-02-11

中圖分類號(hào):TQ164

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1673-1433(2016)02-0024-03

引文格式:劉學(xué)紅,鄒愛忠.盾構(gòu)硬質(zhì)合金分析與應(yīng)用[J].超硬材料工程,2016,28(2):24-26.