Abstrak:Dengan menganalisis indeks teknis utama untuk bantalan rol mesin perisai asing, seperti komposisi kimia, kekerasan dan struktur mikro, dukungan teknis disediakan untuk nasionalisasi bantalan spindle untuk mesin perisai, yang sangat penting．
Kata kunci:bantalan bergulir; mesin perisai; struktur mikro
Bantalan utama mesin perisai adalah komponen kunci dari mesin perisai, yang digunakan dalam sistem pemotong perisai. Kehidupan dan keandalan layanannya secara langsung mempengaruhi keamanan konstruksi mesin perisai. Saat ini, pasar bantalan utama mesin tunneling perisai di Cina sepenuhnya dimonopoli oleh negara -negara asing. Untuk mencapai lokalisasi teknologi tunneling perisai, perlu secara mandiri mengembangkan dan memproduksi bantalan utama mesin tunneling perisai. Karena lingkungan kerja yang keras dan kapasitas bantalan yang kompleks dari poros utama mesin tunneling perisai, mereka harus menahan beban kombinasi seperti gaya aksial, gaya radial, momen terbalik, dll. Ketika bekerja di bawah kondisi beban yang berat dan bervariasi. Kinerja, keandalan, dan masa pakai rol adalah faktor kunci yang menentukan masa pakai dan keandalan bantalan utama mesin perisai. Oleh karena itu, pemahaman dan penguasaan bahan dan kualitas perlakuan panas dari rol bantalan utama mesin perusahaan asing canggih sangat penting untuk lokalisasi bantalan utama mesin perisai.
1. Analisis Kimia
Komposisi kimia dari sampel roller bantalan utama dari mesin tunneling perisai di rumah dan di luar negeri diuji menggunakan spektrometer bacaan langsung Swiss ARL 4460. Hasilnya ditunjukkan pada Tabel 1. Bahan roller di Cina adalah GCR18MO, dan nilai standar dalam tabel adalah persyaratan GB\/T 18254-2002. Menurut tabel, kandungan elemen C, Cr, SI, Trace, dan elemen pengotor dalam bahan roller bantalan utama mesin perisai asing mirip dengan GCR18MO, tetapi kandungan elemen Mn dan MO relatif tinggi. Oleh karena itu, dapat ditentukan bahwa bahan yang digunakan untuk roller bantalan utama mesin perisai asing milik baja bantalan kromium karbon tinggi GCR18MO.
Karena tekanan kompleks pada rol bantalan utama mesin tunneling perisai dan ukuran rol yang relatif besar ( 100 mm × 100 mm), untuk memenuhi kondisi layanan, inti rol juga harus memiliki kekuatan tinggi. Oleh karena itu, diharuskan bahwa bahan tersebut harus memiliki keterangan keras yang tinggi. Peningkatan kandungan MN dalam bahan rol bantalan utama mesin tunneling perisai asing terutama ditujukan untuk meningkatkan pengerasan baja dan memperkuat matriks; Meningkatkan konten elemen MO secara tepat tidak hanya dapat meningkatkan pengerasan, tetapi juga mengatasi masalah kerapuhan tempering yang disebabkan oleh peningkatan konten elemen MN.
Tabel 1 Perbandingan Komposisi Kimia Rol Bantalan Utama Mesin Tunneling Perisai Di Rumah dan Luar Negeri
2. Analisis Metalografi
Mikroskop optik Olympus GX51 digunakan untuk melakukan pengujian struktur metalografi pada rol bantalan utama mesin tunneling perisai asing. Struktur metalografi permukaan dan inti masing -masing ditunjukkan pada Gambar 1 dan Gambar 2. Etchant yang digunakan adalah larutan alkohol asam nitrat 4%.
Gambar 1 Struktur metalografi permukaan
Gambar 2 Struktur metalografi jantung
Membandingkan Gambar 1 dan Gambar 2, dapat terlihat jelas bahwa ada sejumlah besar karbida yang tidak terpecahkan (bintik -bintik terang putih pada gambar) dan martensit (area abu -abu gelap) di jaringan jantung. Alasan penampilan karbida yang tidak terpecahkan adalah bahwa di bawah waktu isolasi pendinginan dan pemanasan yang sama, waktu isolasi yang setara dari inti lebih pendek dari permukaan, dan austenitisasi tidak cukup, menghasilkan sejumlah besar karbida yang tidak larut menjadi austenit. Alasan penampilan struktur bainit adalah karena ukuran roller yang besar, dan di bawah kondisi pendinginan yang sama, inti tidak memperoleh laju pendinginan yang diperlukan untuk bainit.
Tujuan melakukan analisis metalografi pada sampel adalah untuk menentukan apakah struktur mikro dari rol bantalan utama mesin tunneling perisai asing adalah martensit, bainit bawah, atau struktur gabungan keduanya, untuk menentukan metode dan parameter proses perlakuan panas mereka. Dalam fase emas perbesaran rendah, struktur seperti jarum hitam yang dapat dilihat dengan jelas sebagian besar adalah bainit yang lebih rendah. Bainite yang lebih rendah adalah campuran mekanis yang terdiri dari ferit seperti lembaran superstaturasi karbon dan karbida yang diendapkan secara internal. GCR18MO milik baja karbon tinggi, dan struktur mikro yang diperoleh setelah pendinginan adalah martensit seperti lembaran (jarum seperti martensit). Oleh karena itu, di bawah mikroskop metalografi, struktur mikro Bainite bawah sangat mirip dengan martensit karbon tinggi. Hanya dengan melakukan pengamatan mendalam dan analisis struktur mikro melalui mikroskop elektron dapat dilakukan penilaian yang akurat.
3. Analisis mikroskop elektron transmisi
Sampel roller bantalan utama dari mesin tunneling perisai asing dianalisis menggunakan elektronik Jepang 21 0 0 Mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi, dan lokasi pengambilan sampel ditunjukkan pada Gambar 3. Ukuran sampel adalah 0,5 mm × 10 mm × 10 mm. Ketebalan sampel digiling ke 200-500 nm menggunakan metode penipisan ion, dan kemudian dianalisis dengan transmisi mikroskop elektron.
Gambar 3 Diagram Skema Lokasi Pengambilan Sampel
Pengamatan awal menunjukkan bahwa sampel terutama ditandai oleh bainit yang lebih rendah. Ada karbida kecil di mie datar dan beberapa martensit tanpa karbida. Hasil statistik menunjukkan bahwa ada sekitar 80% ~ 90% lebih rendah bainit, sejumlah kecil martensit dan karbida besar yang tidak terpecahkan. Gambar mikroskop elektron transmisi ditunjukkan pada Gambar 4-6.
Gambar 4 Karakteristik Bainite
Gambar 5 Karakteristik Bainit dan Karbida yang Tidak Dikister
Melalui analisis mikroskop elektron transmisi, dapat dilihat bahwa selama pendinginan isotermal dari rol bantalan utama mesin tunneling perisai asing, untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan rol dan dengan demikian meningkatkan kapasitas penahan beban mereka, metode penyesuaian proses pendinginan isotermal diadopsi. Setelah pendinginan, struktur yang dihasilkan bukan struktur bainit tunggal, tetapi struktur komposit terutama terdiri dari bainit dan mengandung sejumlah kecil martensit. Struktur gabungan ini tidak hanya memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi, tetapi juga memiliki ketangguhan dampak yang baik, yang dapat memenuhi kondisi layanan keras dari bantalan utama mesin perisai.
Gambar 6: Karakteristik Bainit dan Martensit
Setelah menentukan komposisi material, kandungan relatif bainit dan martensit dapat disesuaikan dengan menyesuaikan parameter proses pendinginan isotermal. Faktor utama yang mempengaruhi konten Bainite adalah:
(1) Suhu pemanasan: Semakin tinggi suhu pemanasan, semakin stabil austenit, dan semakin tinggi kandungan sisa austenit dan semakin rendah kandungan bainit setelah pendinginan isotermal.
(2) Di bawah waktu isotermal yang sama, semakin rendah suhu isotermal, semakin lambat laju transformasi bainit, semakin tinggi kandungan austenit residual, dan semakin rendah kandungan bainit.
(3) Pada suhu isotermal yang sama, semakin pendek waktu isotermal, semakin kurang lengkap transformasi bainit, semakin rendah kandungan bainit, dan semakin tinggi kandungan martensit. Di antara faktor -faktor yang mempengaruhi transformasi bainit, menyesuaikan suhu pemanasan dan suhu isotermal akan membawa banyak faktor yang tidak menguntungkan, oleh karena itu, kisaran penyesuaian keduanya sangat kecil. Selama pendinginan isotermal, kandungan relatif bainit dan martensit dapat disesuaikan dengan mengurangi waktu isotermal, sehingga transformasi bainit tidak lengkap, dan austenit yang tersisa dapat diubah menjadi martensit, sehingga meningkatkan kandungan martensit dan meningkatkan kekuatan dan keterbukaan roller.
4. Inspeksi Kekerasan
Untuk memahami kekerasan dan distribusi rol bantalan utama mesin tunneling perisai asing, pengujian kekerasan dilakukan pada ujung wajah rol dari permukaan ke dalam, dengan total 8 poin diuji. Kemudian, potong roller sepanjang 1\/2 dari panjangnya, giling profil, dan gunakan penguji kekerasan Rockwell untuk menguji kekerasan permukaan, kekerasan inti, dan distribusi rolnya dari tepi ke tengah. Sebanyak 16 poin diuji, dan hasil tes ditunjukkan pada Tabel 2. Lokasi pengujian kekerasan ditunjukkan pada Gambar 7.
Tabel 2 Hasil Pengujian Kekerasan dari Rol Bantalan Utama Mesin Tunneling Perisai Asing
Gambar 7 Peta Lokasi Pengujian Kekerasan
Menurut Tabel 2, kekerasan permukaan ujung roller relatif tinggi, semuanya di atas 60 HRC dan sangat seragam, dengan perbedaan kekerasan maksimum hanya 1,1 HRC.
Alasan kekerasan rol yang tinggi adalah bahwa bahan rol asing telah meningkatkan kandungan elemen MN dan secara tepat meningkatkan kandungan elemen MO, yang meningkatkan hardenability baja; Selain itu, selama pendinginan isotermal roller, laju pendinginan permukaan ujung roller relatif cepat.
Alasan kekerasan seragam rol adalah bahwa komposisi dan struktur bahan asing sangat seragam, dan selama perlakuan panas, pendinginan berbagai bagian rol relatif seragam.
Karena tekanan kompleks pada rol bantalan utama mesin tunneling perisai, tetapi tidak hanya mensyaratkan bahwa rol memiliki ketangguhan yang baik, tetapi juga kekuatan dan kekerasan yang tinggi untuk memenuhi persyaratan mereka untuk membawa beban berat. Dalam kasus di mana komposisi bahan rol telah ditentukan, kekerasan roller sepenuhnya tergantung pada proses perlakuan panasnya. Dari pemilihan bahan untuk rol bantalan utama mesin tunneling perisai asing dan analisis struktur mikro mereka, dapat ditentukan bahwa proses perlakuan panas yang digunakan untuk rol terutama adalah pendinginan isotermal bainit. Tujuan pendinginan isotermal bainitik adalah untuk mendapatkan struktur bainitik yang lebih rendah, yang memiliki sifat mekanik komprehensif yang baik. Namun, jika pengobatan pendinginan isotermal bainitik konvensional digunakan, struktur yang diperoleh adalah 100% struktur bainitik yang lebih rendah. Dibandingkan dengan struktur martensit, meskipun ketangguhannya meningkat secara signifikan, kekerasannya relatif rendah, yang tidak dapat memenuhi persyaratan gaya bantalan poros utama dari mesin perisai.
Dengan menyesuaikan parameter proses pendinginan isotermal dan mengubah morfologi, proporsi, dan kandungan austenit residual dari struktur bainit yang diperoleh setelah pendinginan isotermal, kekerasan pendinginan isotermal dapat ditingkatkan. Faktor utama yang mempengaruhi kekerasan bagian setelah pendinginan isotermal adalah:
(1) Ketebalan jaringan bainit. Semakin halus organisasi, semakin tinggi kekerasannya. Ketebalan organisasi dapat disesuaikan dengan menyesuaikan suhu isotermal pendinginan isotermal bainit. Semakin rendah suhu isotermal, semakin halus struktur bainit dan semakin tinggi kekerasan.
(2) Isi Bainite, yang mengacu pada kandungan relatif Bainite dan martensit di jaringan. Semakin tinggi kandungan Bainite, semakin rendah kandungan martensit di jaringan, dan semakin rendah kekerasan, dan sebaliknya. Isi Bainite dalam organisasi dapat disesuaikan dengan menyesuaikan waktu pendinginan isotermal. Semakin lama waktu isotermal, semakin tinggi kandungan bainit di jaringan, semakin rendah kandungan martensit, dan semakin rendah kekerasan. Dari sini, dapat dilihat bahwa waktu pendinginan isotermal roller dapat diperpendek dengan tepat untuk meningkatkan kandungan martensit dalam struktur, yang pada akhirnya mencapai tujuan meningkatkan kekerasan roller.
(3) Konten Austenite Residual. Semakin tinggi kandungan austenit residual, semakin rendah kekerasan.
5. Analisis Ukuran Butir
Hasil analisis ukuran butir dari rol bantalan utama mesin tunneling perisai asing ditunjukkan pada Gambar 8. Posisi sampel ditunjukkan pada Gambar 3. Etchant yang digunakan adalah larutan asam pikrat, natrium dodecylbenzenesulfonate, dan asam hidroklorat dalam air.
Gambar 8 Ukuran Butir
Seperti yang ditunjukkan pada gambar, ukuran butir rol sangat kecil, mencapai level 9 dalam metode GB\/T 6394 "untuk menentukan ukuran butir rata -rata logam". Ada banyak faktor yang mempengaruhi ukuran butir, yang paling penting adalah komposisi kimia bahan dan suhu pemanasan dan waktu penahanan selama perlakuan panas. Semakin tinggi suhu pemanasan dan semakin lama waktu penahanan selama perlakuan panas, semakin kasar ukuran butir, dan sebaliknya.
Ukuran butir baja memiliki dampak signifikan pada propertinya. Karena fakta bahwa batas butir adalah hambatan untuk gerakan dislokasi, mereka mengalami resistensi deformasi yang signifikan ketika dideformasi ke posisi batas butir. Batas butir dapat membatasi deformasi plastik dalam kisaran tertentu. Oleh karena itu, semakin banyak batas butir, semakin tinggi kekuatan luluh baja. Semakin tinggi tingkat ukuran butir, semakin halus butiran, semakin besar total luas batas butir, dan semakin tinggi kekuatan luluh baja. Karena kemampuan batas butir untuk mencegah penyebaran microcracks dalam baja, biji -bijian halus juga dapat meningkatkan ketangguhan baja.
6. Kesimpulan
Through a comprehensive and in-depth analysis of the main bearing rollers of foreign shield tunneling machines, the material composition, heat treatment microstructure, hardness, grain size, and residual austenite content of the rollers have been preliminarily mastered, providing technical support for the development of main bearings for shield tunneling machines in China and having significant implications for the localization of main bearings for shield tunneling machines.
2025 Mei 2 minggu Rekomendasi Produk WBM:
Pemotong:
WBM menghasilkan rol lancip mati dengan efisiensi dan otomatisasi tinggi. Rol dibentuk pada satu pers heading dingin otomatis dan diberi makan, dipotong, dan ditinju ke dalam die selama lima langkah.
Kami dapat menghasilkan berbagai jenis dan ukuran roller lancip dies dengan jaminan kualitas, termasuk: kombinasi pukulan, lengan luar, blade, pukulan kombinasi, silinder umpan, kombinasi mati, lengan lapisan ganda, insert.
