CS208974B1

CS208974B1 - Způsob tepelného zpracování rypných orgánů

Info

Publication number: CS208974B1
Application number: CS367179A
Authority: CS
Inventors: Milan Vocel; Jiri Krejcik
Original assignee: Milan Vocel; Jiri Krejcik
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1981-10-30

Description

Vynález se týká způsobu tepelného zpracování ; rýpných orgánů, zejména zubů bagrů, velkorypadel a jiných zemních strojů pro těžbu, úpravu a přemísťování zemin a nerostných surovin.

• Rypné orgány představují u celé řady velkých | strojů pro těžbu a zpracování zemin a nerostných surovin jedny z nejdůležitějších součástí, rozhodujících o výkonu, provozním využití, spotřebě energie a nákladech na údržbu spojů. Požadavky kladené na rypné orgány se značně liší podle typů i a velikosti strojů a terénu nebo médií, v nichž stroje pracují. Jedním ze základních požadavků je pev-1 nost rypných orgánů proti plastické deformaci ostří při náhodném přetížení, velká pevnost v ohybu a velká vrubová houževnatost, rozhodující velmi často o praskání zubů při provozu v těžkých pracovních podmínkách. Doba životnosti rypných orgánů je dále velmi závislá na otěruvzdomosti materiálu, použitého pro výrobu rypných orgánů nejčastěji zubů, upevněných na stroj šroubováním, vsazováním do komůrek či přivařováním. Stávající i konstrukce rypných orgánů využívají nejčastěji I 13% manganové áustenitické oceli, především pro [ její vynikající houževnatost. S růstem výkonů a rypných sil bagrů bylo nutno přejít na zuby s větší mezí kluzu, opatřené obvykle tvrdými otěruvzdornými ňávary. S růstem velkostrojů o výkonu nad lOÓO až ŽOOO m³.^¹ se zavedly nízkolegované

208974 i vysokopevnostní oceli na odlitky, jejichž pevnost v místě uchycení zubů do korečků je obvykle 1200 až 1300 MPa, s pevností břitové části až 1400 až 1700 MPa. Varianty nízkolegovaných vysokopevnostních ocelí mají pevnost břitové ěásti až 200 MPa, ale vrubová houževnatost nepřesahuje ob- [ vykle 10 až 30 J.cm~², což vyžaduje určitá konstrukční opatření a v některých případech i provozní omezení. Vysokopevnostní nízkolegované oceli na odlitky představují sice výrazný pokrok v řešení rypných orgánů, alé nevyhovují plně všem nárokům uživatelů asi ve 20 % terénu, kde má těžená zemina maximální obrazivní účinky. Jde především o silně písčité zeminy a štěrkopísky. Pro tyto provozní podmínky, kombinované často i s občasnými nárazy zubů v nehomogenních terénech a vrstvách silně zpevněných proplástků, je třeba výrazně zvýšit pevnost a tvrdost břitové části zubů, i pevnost základního materiálu. Další nevýhodou, kterou mají dosavadní rypné orgány, zuby nebo různě tvarované břity, je postupná změna geometrie břitu, která vede k otupování břitu a zvětšení rypného odporu, který klade zemina při záběru kolesa, korečku nebo lžíce. To je spojeno se změnou úhlu břitu z hodnot 20 až 45° na hodnoty kolem 30 až 60°. Za těchto podmínek se musí zuby vyměňovat i když mají vlastní břit ještě poměrně ostrý. ______ ________________________

L__

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob tepelného zpracování rypných orgánů podle předmětného vynálezu. Rypné orgány o hmotnosti 1 až 50 kg podle vynálezu jsou určeny zejména pro zuby bagrů, velkorypadel a jiných zemních strojů pro těžbu, úpravu a přemísťování zemin a nerostných surovin. Jsou vyrobeny z ocelí eutektoidních a nadeutektoidních, jejichž prokalitelnost dovoluje dosáhnout v břitové části pevnosti 1500 až 2400 MPa, v místě uchycení pak pevnosti v rozmezí 1000 až 1800 MPa při vrubové houževnatosti 20 až 55 J.cm^-2.

Podstata vynálezu spočívá v jednostranném kalení funkční části nástroje. Tím se dosáhne nabřitu zubu gradientu tvrdosti, odpovídajícího pevnosti na tvrdší straně v rozmezí 1500 až 2400 MPa, na měkčí straně v rozmezí 1000 až 1800 MPa. Gradient tvrdosti na průřezu funkční části břitu přispívá významnou měrou k samoostření břitu a v důsledku toho k lepšímu udržení optimální geometrie břitu, což jiným způsobem kalení nelze dosáhnout.

Jednostranného kalení se dosáhne po ohřátí nástroje na austenitizační teplotu v rozmezí 800 až 1000 °C jednostranným ochlazováním vzduchem, plynem nebo kapalinou. Po kalení následuje popuštění na teploty v rozmezí 150 až 550 °C.

Způsob tepelného zpracování rypných orgánů spočívá též v tom, že se rypné orgány při jednostranném kalení chrání z 1/3 až 2/3 svého objemu proti nežádoucímu ochlazování vhodnou clonou nebo izolační hmotou.

Podle dalšího provedení se jednostranného kalení dosáhne nořením funkční části rypného orgánu do chladicího média z 1/10 až 1/2 svého objemu tak, že podélná osa rypného orgánu je rovnoběžná s hladinou chladicího piédia, nebo se od této hladiny odchyluje v úhlu do 60°.

Rypné orgány se před jednostranným kalením mohou nejprve zušlechtit na pevnost 1000 až 1800 MPa, a potom se jedna funkční plocha nebo její část ohřeje indukčním ohřevem nebo plamenem na austenitizační teplotu v rozmezí 800 až 1000 °C do hloubky 3 až 15 mm s následujícím jednostranným ochlazováním a popouštěním.

Rypné orgány podle vynálezu zhotovené ze základního materiálu jsou speciálním způsobem tepelně zpracovány, což umožňuje spojit vysoké mechanické hodnoty materiálu s vhodným gradientem tvrdosti na břitové části a tím docílit i delší udržení geometrie břitu během životnosti zubu v důsledku usměrněného samoostření. Usměrněné samoostření je důsledkem odstupňování makrotvrdosti a pevnosti funkčního povrchu směrem do hloubky základního materiálu zubu po tepelném zpracování dle vynálezu. Uvedených výhod je dosaženo tím, že zuby jsou z austenitizační teploty ochlazovány nesymetricky — jednostranně, vzhledem k podélné ose zubu, nebo že vlastní ohřev na austenitizační teplotu je nesymetrický.

Příkladné provedení způsobu tepelného zpracování rypných orgánů podle vynálezu je znázorněno na připojených vyobrazeních, kde na obr. la je znázorněn zub rypadla jednostranně ochlazovaný foukáním vzduchu, na obr. lb je znázorněn zub j rypadla, jednostranně ochlazovaný vzduchem, ulo- j žený částí svého objemu v izolační sypké hmotě, na i obr. 2a je znázorněn zub vložený do kalicí lázně s hladinou rovnoběžnou s jeho podélnou osou, na obř. 2b je zakreslen zub, vložený do kalicí lázně, s podélnou osou odchýlenou o úhel menší než 60°,¹na obr. 3 je znázorněn zub velkorypadla jednostranně kalený do vody, na obr. 4a je vyznačen průběh tvrdosti zubů jednostranně zakalených podle vynálezu, na obr 4b je vidět průběh opotřebení zubů zušlechtěných v celém průřezu dosud používaným způsobem a na obr. 4c průběh opotřebení u zubů jednostranně kalených podle vynálezu.

Příklad 1

Zub velkorypadla (obr. 1 a, b) o hmotnosti 10 kg i byl vyroben z nástrojové oceli o směrném hmotnostním složení: uhlík 0,55 až 0,65 %, mangan 0,6 až 0,9 %, křemík 0,2 až 0,45 %, chrom 2,9 až 3,6%, molybden 1,2 až 1,7%. Po ohřátí na austenitizační teplotu 950 až 970 °C byl zub 1 (obr.^;la) ochlazován foukáním vzduchu tryskou 2 po jedné straně zubu 1 a nízko popuštěn na 200 °C. Zub 1 je s výhodou možno ochlazovat (obr. lb) foukáním vzduchu, přičemž zub 1 byl 1/2 svého objemu uložen v izolační sypké hmotě 3 s následným nízkým popuštěním na 200 °C. Při kalení zatoů na vzduchu bylo dosaženo na chlazené straně tvrdosti 54 až 57 HRc, na opačné straně 46 až 52 HRc, pevnost na základní hmotě byla v rozmezí 1700 až ^2000 MPa, otěruvzdornost na tvrdší straně | byla dána hodnotou ψ _abr. = 1,8 až 2,0, vrubová í houževnatost byla 30 až 45 j. cm^-2. j

Příklad 2

Zub 1 velkorypadla vyrobený ze stejného materiálu jako v příkladu 1 byl (obr. 2a) po ohřátí na austenitizační teplotu 950 až 970 °C vložen do kalicí lázně 4 o teplotě 270 až 340 °C s dobou výdrže 5 až 100 minut, přičemž hladina lázně byla rovnoběžná s podélnou osou zubu 1 s dochlazením na vzduchu a popuštěním. Zub 1 velkorypadla byl alternativně (obr. 2b) ponořen do kalicí lázně 4 o teplotě 400 až 500 °C po dobu 10 až 30 minut, přičemž podélná osa zubu 1 byla odchýlena o úhel menší než 60° od hladiny lázně, s následným ochlazením vzduchu. Při kalení do teplých lázní byly tvrdosti ponořené Části u břitu v rozmezí 57 až 59 HRc, v širší části zubu v rozmezí 53 až 56 HRc. Na opačné straně nástroje byla tvrdost_53 až 56 HRc u břitu a v širší části v rozmezí 45 až 51 HRc. Pevnost v základní hmotě byla 1600 až 1900 MPa, vrubová houževnatost 35 až 55 j.cm^-2, otěruvzdornost byla dána hodnotou ip_abr = 1,9 až 2,1.

Příklad 3

Zuby velkorypadla byly vyrobeny z nástrojové oceli o směrném hmotnostním složení: uhlík

70,5 %, křemík 1,0 %, chrom 1,1%, wolfram ! 2,0 %. Po ohřevu na austenitizační teplotu v roz- , : mezí 900 až 960 °C byly zuby 1 (obr. 2a) jedno- i i stranně zakaleny v oleji, přičemž hladina lázně byla , | rovnoběžná s podélnou osou zubu 1. Po ochlazení i na teplotu místnosti se zuby 1 nízko popustily při i teplotě 200 °C. Zub 1 byl alternativně (obr. 2b) i ponořen jednostranně do olejové kalicí lázně o teplotě 200 °C a poté dochlazen na vzduchu bez > dalšího popouštění. Na jednostranně ochlazované i části zubů 1 u břitu byly dosaženy tvrdosti 53 až 57 , HRc, na širší části zubů tvrdosti 48 až 53 HRc, na j druhé straně zubů 1 byly tvrdosti v rozmezí 35 až 48 HRc. Pevnost zubů 1 byla v oblasti úchytu 6 1500 až 2000 MPa a vrubová houževnatost i dosáhla hodnot 40 až 60 J. cm^-2, otěruvzdomost na í straně s velkou tvrdostí byla v rozmezí ψ abr. = 1,5 ^:až 1,8, na opačné straně ψ abr. = 1,3 až 1,55.

Příklad 4

Zuby z vysokopevnostní nízkolegované oceli o směrném hmotnostním složení: uhlík 0,31 %, mangan 1,5 %, křemík 0,6 %, chrom 1,2 %, molybden 0,35 %, bór 0,008 %, vanad 0,25 %, jedi nostranně byly kaleny z austenitizační teploty 870 i až 890 °C do vody (obr. 3) přičemž úchyt 6 zubu ! 1 byl ponořen pod hladinu. Po ochlazení byly zuby ' 1 popuštěny na 250 °C.

Na ochlazované straně zubů bylo dosaženo tvrdosti 40 až 45 HRc, na opačné straně tvrdosti 37 až 39 HRc. Pevnost zubu v místě úchytu byla 1400 MPa, vrubová houževnatost v rozmezí 25 až 35

J.cm^-2. ~'......

Claims

PŘEDMĚT [ 1. Způsob tepelného zpracování rypných orgánů, rypadel a jiných zemních strojů pro těžbu, úpravu a přemísťování zemin a nerostných surovin hmotnosti 1 až 50 kg, vyrobených z eutektoidních [ nebo nadeutektoidních ocelí a ohřátých na austenitisační teplotu v rozmezí 800 až 1000 °C, vyznačený tím, že se rypné orgány na funkční části jednostranně kalí a popustí na teplotu 150 až 550 °C.
2. Způsob tepelného zpracování rypných orgánů dle bodu 1, vyznačený tím, že se funkční část kalí

Příklad 5

Zuby velkorypadel z oceli dle příkladu 1 byly po austenitizaci při teplotě 950 až 970 °C ochlazeny v lázni o teplotě 400 až 500 °C, s dochlazením na vzduchu a popuštěny. Pak následoval vysokofrekvenční ohřev části jedné plochy břitu na kalicí teplotu 800 až 1000 °C do hloubky 10 mm ochlazení na vzduchu.

Tímto způsobem bylo dosaženo jednostranného • zvýšení tvrdosti břitové části na hodnotu až 59 HRc při zachování vysoké pevnosti a vrubové houževnatosti ostatních částí zubu 1.

: Zvýšení životnosti u zubů tepelně zpracovaných způsobem podle vynálezu ve srovnání s klasickým způsobem kalení, činilo 25 až 70 % u jednotlivých příkladů. Způsob tepelného zpracování zubů podle vynálezu je použitelný u všech běžných velikostí zubů velkorypadel, rypadel a jiných strojů, přičemž intenzita ochlazování a velikost ochlazované části zubu závisí na druhu materiálu, hmotnosti zubu a požadovaném gradientu tvrdosti v průřezu zubu vzhledem k podmínkám opotřebení.

Průběh tvrdosti zubů jednostranně zakalených s větším gradientem tvrdosti v břitové části je vidět na (obr. 4a). Průběh opotřebení zubů velkorypadel v běžných provozních podmínkách, kalených klasicky v celém průřezu, je vidět na obr. 4b. Průběh opotřebení u zubů jednostranně kalených dle vynálezu, u nichž gradient tvrdosti vede k usměrněnému samoostrění a tím i k menšímu otupování břitové části zubů a větší životnosti, je na obr. 4c.

VYNÁLEZU ] vzduchem nebo jiným plynným médiem, přičemž se protilehlá část nástroje (1) chrání z 1/3 až 2/3 ! svého objemu proti nežádoucímu účinku ochlazovacího media clonou nebo zásypem (3).
3. Způsob tepelného zpracování rypných orgánů dle bodu 1, vyznačený tím, že se funkční část nástroje (1) kalí ponořením do chladicí kapaliny z 1/10 až 1/2 svého objemu, přičemž podélná osa nástroje je rovnoběžná s hladinou chladicí kapaliny nebo s ní svírá úhel menší než 60°.