Abstrakt:Ved at analysere de vigtigste tekniske indekser til bærende rulle af udenlandsk skjoldmaskine, såsom kemisk sammensætning, hårdhed og mikrostruktur, ydes den tekniske support til nationalisering af spindelbæring for skjoldmaskine, hvilket er af stor betydning．
Nøgleord:rullende leje; Shield Machine; Mikrostruktur
Hovedlejet af skjoldmaskinen er en nøglekomponent i skjoldmaskinen, der bruges i skjoldskæresparet. Dets levetid og pålidelighed påvirker direkte bygningssikkerheden for skjoldmaskinen. På nuværende tidspunkt monopoliseres det vigtigste lejemarked for skjoldtunnelmaskiner i Kina fuldstændigt af fremmede lande. For at opnå lokaliseringen af skjoldtunnelingsteknologi er det nødvendigt uafhængigt at udvikle og fremstille de vigtigste lejer af skjoldtunnelingmaskiner. På grund af det hårde arbejdsmiljø og den komplekse lejekapacitet af hovedakslen på skjoldtunnelingsmaskiner, skal de modstå kombinerede belastninger såsom aksial kraft, radial kraft, væltende øjeblik osv. Når de arbejder under tunge og variable belastningsforhold. Rullernes ydelse, pålidelighed og levetid er nøglefaktorer, der bestemmer levetid og pålidelighed af skjoldmaskinens hovedlejer. Derfor er forståelse og mestring af materialerne og varmebehandlingskvaliteten for avanceret udenlandsk virksomhedsskjoldmaskinens hovedbærende ruller af stor betydning for lokaliseringen af skjoldmaskinens hovedlejer.
1. Kemisk analyse
Den kemiske sammensætning af de vigtigste bærende rulleprøver af skjoldtunnelingsmaskiner i ind -og udland blev testet ved hjælp af det schweiziske ARL 4460 direkte læsningsspektrometer. Resultaterne er vist i tabel 1. Rullematerialet i Kina er GCR18MO, og standardværdierne i tabellen er kravene til GB\/T 18254-2002. I henhold til tabellen ligner indholdet af C, CR, SI, sporstoffer og urenhedselementer i det vigtigste bærende rullemateriale i udenlandske skjoldmaskiner til GCR18MO, men indholdet af MN- og MO -elementer er relativt højt. Derfor kan det bestemmes, at det materiale, der bruges til hovedlejerullen på udenlandske skjoldmaskiner, hører til GCR18MO højkulstofchromlejerstål.
På grund af den komplekse spænding på de vigtigste bærende ruller af skjoldtunnelingsmaskiner og den relativt store rulestørrelse ( 100 mm × 100 mm) for at imødekomme servicevilkårene, skal kernen i rullerne også have høj styrke. Derfor er det påkrævet, at materialet skal have høj hårdebarhed. Stigningen i MN -indhold i materialet i de vigtigste bærende ruller af udenlandske skjoldtunnelingsmaskiner er hovedsageligt rettet mod at forbedre stålens hærde og styrke matrixen; Egnet forøgelse af MO -elementindholdet kan ikke kun forbedre hærdet, men også overvinde problemet med tempereringsbanelighed forårsaget af stigningen i MN -elementindhold.
2. metallografisk analyse
3. Olympus GX51 Optisk mikroskop blev anvendt til at udføre metallografisk strukturtest på de vigtigste lejeruller af udenlandske skjoldtunnelingsmaskiner. Overflade- og kernemetallografiske strukturer er vist i henholdsvis figur 1 og figur 2. Den anvendte ætsning er en 4% salpetersyrealkoholopløsning.
Figur 1 Surface Metallographic Structure
Figur 2 Metallografisk struktur i hjertet
Når man sammenligner figur 1 og figur 2, kan det tydeligt ses, at der er et stort antal uopløste carbider (hvide lyspunkter i figuren) og martensit (mørkegrå områder) i hjertevævet. Årsagen til udseendet af uopløsede carbider er, at under den samme slukning og opvarmningstid er den ækvivalente isoleringstid for kernen kortere end overfladen, og austenitiseringen er ikke tilstrækkelig, hvilket resulterer i en stor mængde carbider, der ikke opløses til austenit. Årsagen til udseendet af bainitstruktur skyldes den store størrelse af rullen, og under de samme kølingsbetingelser opnåede kernen ikke den krævede afkølingshastighed for bainit.
Formålet med at udføre metallografisk analyse af prøven er at bestemme, om mikrostrukturen af de vigtigste bærende ruller af udenlandske skjoldtunnelmaskiner er martensit, lavere bainit eller en sammensat struktur af begge dele for at bestemme deres varmebehandlingsprocessmetoder og parametre. I den lave forstørrelse guldfase er den sorte nållignende strukturer, der tydeligt kan ses, for det meste lavere bainit. Nedre bainit er en mekanisk blanding sammensat af carbon overmættet arklignende ferrit og internt udfældede carbider. GCR18MO tilhører højt kulstofstål, og mikrostrukturen opnået efter slukning er arklignende martensit (nål som martensit). Derfor, under et metallografisk mikroskop, er mikrostrukturen af nedre bainit ekstremt lig med det hos høj kulstofmartensit. Kun ved at udføre dybdegående observation og analyse af dens mikrostruktur gennem et elektronmikroskop kan der træffes nøjagtige vurderinger.
3. transmissionselektronmikroskopianalyse
De vigtigste bærende rulleprøver af udenlandske skjoldtunnelingsmaskiner blev analyseret under anvendelse af et japansk elektronisk 21 0 0 højopløsning transmissionselektronmikroskop, og samplingsplaceringerne er vist i figur 3. Prøvestørrelsen er 0,5 mm × 10 mm × 10 mm. Prøvetykkelsen er malet til 200-500 nm ved anvendelse af ionfortynningsmetode og derefter analyseret ved transmissionselektronmikroskopi.
Figur 3 Skematisk diagram over prøveudtagningsplacering
Foreløbig observation viser, at prøverne hovedsageligt er kendetegnet ved lavere bainit. Der er små carbider i de flade nudler og et par martensitter uden karbider. Statistiske resultater viser, at der er ca. 80% ~ 90% lavere bainit, en lille mængde martensit og uopløstede store carbider. Transmissionselektronmikroskopbillederne er vist i figurer 4-6.
Figur 4 Karakteristika for bainit
Figur 5 Bainitiske egenskaber og uopløste carbider
Gennem transmissionselektronmikroskopianalyse kan det ses, at under isotermisk slukning af de vigtigste lejeruller af udenlandske skjoldtunnelmaskiner for at forbedre styrkenes styrke og hårdhed og dermed forbedre deres bærende kapacitet, er metoden til justering af den isotermiske slukningsproces vedtaget. Efter slukning er den resulterende struktur ikke en enkelt bainitstruktur, men en sammensat struktur hovedsageligt sammensat af bainit og indeholder en lille mængde martensit. Denne sammensatte struktur har ikke kun høj styrke og hårdhed, men har også god påvirkningssejhed, som kan opfylde de barske servicevilkår for skjoldmaskinens hovedlejer.
Figur 6: Karakteristika for bainit og martensit
Efter bestemmelse af materialesammensætningen kan det relative indhold af bainit og martensit justeres ved at justere de isotermiske slukningsprocesparametre. De vigtigste faktorer, der påvirker indholdet af bainit, er:
(1) Opvarmningstemperatur: Jo højere opvarmningstemperatur, jo mere stabil er austeniten, og jo højere er indholdet af resterende austenit og jo lavere er indholdet af bainit efter isotermisk slukning.
(2) Under den samme isotermiske tid, jo lavere den isotermiske temperatur, jo langsommere er transformationshastigheden for bainit, jo højere er indholdet af resterende austenit og jo lavere indholdet af bainit.
(3) På den samme isotermiske temperatur, jo kortere den isotermiske tid, desto mindre komplet er transformationen af bainit, jo lavere er indholdet af bainit og jo højere er indholdet af martensit. Blandt de faktorer, der påvirker transformationen af bainit, vil justere opvarmningstemperaturen og den isotermiske temperatur bringe mange ugunstige faktorer, derfor er justeringsområdet for begge meget små. Under isotermisk slukning kan det relative indhold af bainit og martensit justeres ved at reducere den isotermiske tid, så transformationen af bainit er ufuldstændig, og den resterende austenit kan omdannes til martensit og derved øge indholdet af martensit og forbedre styrken og hårdheden i rulleren.
4. hårdhedsinspektion
For at forstå hårdheden og distributionen af de vigtigste bærende ruller af udenlandske skjoldtunnelingsmaskiner blev hårdhedstest udført på rullernes endeflader fra overfladen til indersiden, med i alt 8 testede point. Skær derefter rullen langs 1\/2 af dens længde, slib profilen og brug en Rockwell -hårdhedstester til at teste overfladehårdheden, kernehårdheden og deres distribution af rullen fra dens kant til midten. I alt 16 point blev testet, og testresultaterne. Den hårdhedstestplacering er vist i figur 7.
Figur 7 Hårdhedstestplaceringskort
Årsagen til den høje hårdhed af ruller er, at udenlandske rullematerialer har øget indholdet af MN -element og passende øget indholdet af MO -elementet, hvilket forbedrer stålens hærde; Under isotermisk slukning af rullen er afkølingshastigheden for rulleendasiden desuden relativt hurtig.
Årsagen til rullernes ensartede hårdhed er, at sammensætningen og strukturen af fremmede materialer er meget ensartet, og under varmebehandling er afkøling af forskellige dele af rullerne relativt ensartet.
På grund af den komplekse stress på de vigtigste bærende ruller af skjoldtunnelingsmaskiner er det ikke kun påkrævet, at rullerne har god sejhed, men også høj styrke og hårdhed for at imødekomme deres krav til at bære tunge belastninger. I det tilfælde, hvor sammensætningen af rullematerialet er bestemt, afhænger hårdheden af rullen helt af dens varmebehandlingsproces. Fra udvælgelsen af materialer til de vigtigste bærende ruller af udenlandske skjoldtunnelmaskiner og analysen af deres mikrostruktur kan det bestemmes, at varmebehandlingsprocessen, der bruges til rullerne, hovedsageligt er bainitisk isotermisk slukning. Formålet med bainitisk isotermisk slukning er at opnå en lavere bainitisk struktur, der har gode omfattende mekaniske egenskaber. Hvis konventionel bainitisk isotermisk slukningsbehandling anvendes, er den opnåede struktur imidlertid 100% lavere bainitisk struktur. Sammenlignet med martensitisk struktur, selv om sejheden forbedres markant, er hårdheden relativt lav, som ikke kan opfylde kravene i hovedskaftbærekraften i skjoldmaskinen.
Ved at justere de isotermiske slukningsprocesparametre og ændre morfologien, forholdet og resterende austenitindhold i den bainitstruktur opnået efter isotermisk slukning, kan hårdheden af isotermisk slukning forbedres. De vigtigste faktorer, der påvirker hårdheden af dele efter isotermisk slukning, er:
(1) Tykkelsen af bainitvæv. Jo finere organisationen er, jo højere er hårdheden. Organisationens tykkelse kan justeres ved at justere den isotermiske temperatur på bainit isotermisk slukning. Jo lavere den isotermiske temperatur, jo finere er bainitstrukturen og jo højere er hårdheden.
(2) indholdet af bainit, der henviser til det relative indhold af bainit og martensit i vævet. Jo højere indholdet af bainit, desto lavere er indholdet af martensit i vævet, og jo lavere er hårdheden, og vice versa. Indholdet af bainit i organisationen kan justeres ved at justere den isotermiske slukningstid. Jo længere den isotermiske tid, jo højere er indholdet af bainit i vævet, jo lavere er indholdet af martensit og jo lavere hårdheden. Fra dette kan det ses, at den isotermiske slukningstid for rullen kan forkortes passende for at øge indholdet af martensit i strukturen og i sidste ende nå målet om at forbedre rullenes hårdhed.
(3) Indhold af resterende austenit. Jo højere resterende austenitindhold, jo lavere er hårdheden.
5. Analyse af kornstørrelse
Resultaterne af kornstørrelsesanalyse af de vigtigste bærende ruller af udenlandske skjoldtunnelmaskiner er vist i figur 8. Prøvepositionen er vist i figur 3. Det anvendte ætsning er en opløsning af picrinsyre, natriumdodecylbenzenesulfonat og saltsyre i vand.
Figur 8 Kornstørrelse
Som vist på figuren er kornstørrelsen af rullen meget lille og når niveau 9 i GB\/T 6394 "-metoden til bestemmelse af den gennemsnitlige kornstørrelse på metaller". Der er mange faktorer, der påvirker kornstørrelse, hvoraf de vigtigste er den kemiske sammensætning af materialet og opvarmningstemperaturen og holdetid under varmebehandling. Jo højere opvarmningstemperatur og jo længere er holdetid under varmebehandling, jo grovere er kornstørrelsen og vice versa.
Kornstørrelsen på stål har en betydelig indflydelse på dens egenskaber. På grund af det faktum, at korngrænser er hindringer for forskydningsbevægelse, oplever de betydelig deformationsmodstand, når de deformeres til korngrænsepositionen. Korngrænser kan begrænse plastdeformation inden for et bestemt interval. Derfor, jo flere korngrænser der er, jo højere er afkastet af stål. Jo højere kornstørrelsesniveau, jo finere er kornene, jo større er det samlede areal af korngrænser, og jo højere er stålets udbytte. På grund af korngrænsernes evne til at forhindre forplantning af mikrokrakker i stål kan fine korn også forbedre stålens sejhed.
6. Konklusion
Gennem en omfattende og dybdegående analyse af de vigtigste bærende ruller af udenlandske skjoldtunnelingsmaskiner har materialesammensætningen, varmebehandlingsmikrostruktur, hårdhed, kornstørrelse og resterende austenitindhold i rullerne været foreløbigt mestret, hvilket giver teknisk støtte til udvikling af hovedlager til skjoldtunnelingmaskiner i Kina og har væsentlig implikationer for lokaliseringen af hovedarealerne for Shielding-tunneling.
2025 3. april uge WBM Produktanbefaling:
Quill:
WBM producerer konisk rulle dør med høj effektivitet og automatisering. Ruller dannes på en enkelt automatisk koldoverskrift og fodres, skærer og stanses i matrisen i fem trin.
Vi kan fremstille forskellige typer og størrelser Taper rulle dør med kvalitetssikring, inkluderer: kombinationstans, uden for ærmet, blad, kombinationstans, fodercylinder, kombination dør, dobbeltlag ærme, indsæt.
Kontakt os:
Tlf: +8615937969996
E-mail: info@w-bm.com
Hjemmeside: www.bearingroller.com