李飛峰

(兗礦集團(tuán) 東華重工有限公司， 山東 鄒城 273500)

0 引言

液壓支架中的推移連接頭等重要連接鑄件在支架中起到重要的連接作用，隨著液壓支架的不斷發(fā)展，特別是近年來高端支架的應(yīng)用，液壓支架的質(zhì)量、配套刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的質(zhì)量不斷增大，液壓支架中的推移連接頭等連接鑄件在使用過程中經(jīng)常損壞，一定程度上影響了煤礦的采煤效率。因此，為提高液壓支架連接頭的可靠性，如何選擇其材質(zhì)至關(guān)重要。

1 原用材質(zhì)的分析

液壓支架常用的連接頭通常采用ZG27SiMn材質(zhì)制作，但高端支架的不斷應(yīng)用后，該ZG27SiMn材質(zhì)的力學(xué)性能已經(jīng)不能滿足其使用要求，且鍛件、拼焊件的工藝性較差、制造成本高，在生產(chǎn)過程中需要占用較長的生產(chǎn)周期，這和目前煤機(jī)行業(yè)普遍存在的生產(chǎn)制造周期較短存在矛盾。因此，使用一種具有良好的綜合機(jī)械性能的新型材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的ZG27SiMn材質(zhì)，以縮短生產(chǎn)制造周期是一個(gè)具有實(shí)際意義的課題，同時(shí)對(duì)于提高液壓支架的整體質(zhì)量具有一定意義。圖1為連接頭二維圖,圖2為連接頭三維圖，圖3為鏈接頭裝配圖。

圖1 連接頭結(jié)構(gòu)

圖2 連接頭三維圖

2 連接頭新材質(zhì)的選擇

液壓支架連接頭常采用的材質(zhì)為ZG27SiMn，此種材質(zhì)淬透性較高，在水中臨界淬透直徑達(dá)8～22 mm，可切削性良好，冷變形塑性及焊接性中等；另外鋼在熱處理時(shí)韌性降低不多，有著相當(dāng)高的強(qiáng)度和耐磨性，特別是水淬時(shí)仍有較高的韌性。但此鋼對(duì)白點(diǎn)敏感性大，熱處理時(shí)有回火脆性傾向及過熱敏感性，難以符合高端液壓支架的性能要求。

圖3 連接頭裝配圖

在調(diào)研國內(nèi)外新材料在液壓支架中的應(yīng)用情況，通過查閱文獻(xiàn)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用狀況，確定選用ASTM A148 115-95鋼材質(zhì)(舊鋼號(hào)，現(xiàn)牌號(hào)為ASTM A148 795-655)。此種鋼的抗拉強(qiáng)度不小于795 MPa，屈服強(qiáng)度不小于655 MPa，ASTM A148為結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度鑄鋼件,表1為相關(guān)數(shù)據(jù)。

表1 高強(qiáng)度鑄鋼的鋼號(hào)、磷與硫含量及力學(xué)性能

3 化學(xué)成分分析檢測(cè)

取部分ASTM A148 115-95樣品,交由相關(guān)權(quán)威檢測(cè)單位進(jìn)行金屬化學(xué)成分分析，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果見表2。

表2 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果 %

4 熱處理工藝確定

熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu)來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。原用ZG27SiMn的熱處理工藝為淬火溫度900±10℃，回火溫度420±10℃，但硬度僅能達(dá)到HB260～310。作為新采用的ASTM A148 115-95鋼，熱處理工藝制定難度較大，需反復(fù)試驗(yàn)。

1) 淬火加熱溫度。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果看，采用860℃淬火加熱，硬度值發(fā)散，溶解度不夠，軟硬點(diǎn)分布不均，合格率極低。采用900℃的淬火加熱，由于Mn的過熱敏感性和Si的脫碳性，不利于形成好的淬火組織，最好是采用880℃淬火溫度。

2) 回火溫度。從理論上和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，采用500℃回火是最佳方案，但由于ASTM A148 115-95鋼的淬透性好，有輕微的回火脆性，加之煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，不得脆性斷裂，故采用530℃～560℃回火較為適宜，推薦使用550℃。

最終確定熱處理工藝為淬火溫度880±10℃，回火溫度550±10℃，硬度達(dá)到HB260～310。

5 力學(xué)性能分析檢測(cè)

連接頭作為液壓支架和與刮板運(yùn)輸機(jī)的連接部件，其拉伸性能較為重要，故對(duì)ASTM A148 115-95進(jìn)行拉伸試驗(yàn)很有必要。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 檢驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

6 結(jié)論

1) 可通過分析與檢測(cè)表明，使用ASTM A148 115-95制作的連接頭，不僅縮短了液壓支架生產(chǎn)制造周期，而且大大降低了推移連接頭的損壞率，提高了液壓支架制造水平，滿足我國大型礦井綜采工作面設(shè)備配套要求。

2) 使用該材料制作的連接頭，在ZZ9400/26/55支撐掩護(hù)式液壓支架中使用共130套。目前井下使用現(xiàn)場(chǎng)效果良好，達(dá)到預(yù)期效果。