Astratto:Analizzando i principali indici tecnici per il cuscinetto del rullo della macchina Shield straniera, come la composizione chimica, la durezza e la microstruttura, il supporto tecnico è previsto per la nazionalizzazione del cuscinetto del mandrino per la macchina dello scudo, che è di grande significato．
Parole chiave:cuscinetto rotolante; macchina a scudo; microstruttura
Il cuscinetto principale della macchina dello scudo è un componente chiave della macchina dello scudo, che viene utilizzato nel sistema Cutterhead Shield. La sua durata di servizio e affidabilità influiscono direttamente sulla sicurezza della costruzione della macchina dello scudo. Al momento, il principale mercato dei cuscinetti delle macchine a tunneling di scudo in Cina è completamente monopolizzata da paesi stranieri. Per ottenere la localizzazione della tecnologia di tunneling dello scudo, è necessario sviluppare e produrre indipendentemente i principali cuscinetti delle macchine a tunneling di scudo. A causa del duro ambiente di lavoro e della capacità di cuscinetto complesso dell'albero principale delle macchine del tunneling dello scudo, devono resistere a carichi combinati come forza assiale, forza radiale, momento di ribaltamento, ecc. Quando si lavora in condizioni di carico pesanti e variabili. Le prestazioni, l'affidabilità e la durata di servizio dei rulli sono fattori chiave che determinano la durata e l'affidabilità dei cuscinetti principali della macchina di scudo. Pertanto, comprendere e padroneggiare i materiali e la qualità del trattamento termico dei rulli di cuscinetti principali di scudo straniero straniero avanzato è di grande significato per la localizzazione dei cuscinetti principali della macchina dello scudo.
1. Analisi chimica
La composizione chimica dei campioni di rulli per cuscinetti principali di macchine a tunneling di scudo in patria e all'estero è stata testata utilizzando lo spettrometro Swiss ARL 4460 Direct Reading. I risultati sono mostrati nella Tabella 1. Il materiale a rullo in Cina è GCR18MO e i valori standard nella tabella sono i requisiti di GB\/T 18254-2002. Secondo la tabella, il contenuto di C, CR, SI, oligoelementi e elementi di impurità nel materiale a rulli per cuscinetti principali di macchine da scudo estranee è simile a GCR18MO, ma il contenuto di elementi MN e MO è relativamente elevato. Pertanto, si può stabilire che il materiale utilizzato per il rullo di cuscinetti principali delle macchine per scudo estranee appartiene ad acciaio con cuscinetto di cromo di carbonio elevato GCR18MO.
A causa della complessa sollecitazione sui rulli per cuscinetti principali delle macchine a tunneling dello scudo e della dimensione del rullo relativamente grande ( 100 mm × 100 mm), al fine di soddisfare le condizioni di servizio, anche il nucleo dei rulli deve avere un'alta resistenza. Pertanto, è necessario che il materiale debba avere un'alta indennibilità. L'aumento del contenuto di Mn nel materiale dei principali rulli per cuscinetti delle macchine a tunneling di scudo estranee è principalmente mirato a migliorare l'indignabilità dell'acciaio e rafforzare la matrice; L'aumento in modo appropriato del contenuto di elementi MO può non solo migliorare la potenziamento, ma anche superare il problema della fragilità tempra causata dall'aumento del contenuto di elementi MN.
2. Analisi metallografica
3. Il microscopio ottico Olympus GX51 è stato utilizzato per condurre test della struttura metallografica sui rulli di cuscinetti principali delle macchine a tunneling di scudo estranee. Le strutture metallografiche di superficie e nucleo sono mostrate rispettivamente nella Figura 1 e nella Figura 2. L'ecantent utilizzato è una soluzione di alcol acido nitrico al 4%.
Figura 1 Struttura metallografica superficiale
Figura 2 Struttura metallografica del cuore
Confrontando la Figura 1 e la Figura 2, si può vedere chiaramente che ci sono un gran numero di carburi nonsolved (macchie bianche luminose nella figura) e martensite (aree grigio scuro) nel tessuto cardiaco. La ragione dell'apparizione di carburi non dissolti è che sotto lo stesso tempo di isolamento di tempra e riscaldamento, il tempo di isolamento equivalente del nucleo è più corto di quello della superficie e l'Austenitizzazione non è sufficiente, risultando in una grande quantità di carbure che non si dissolvono in austenite. La ragione dell'apparizione della struttura bainite è dovuta alle grandi dimensioni del rullo e nelle stesse condizioni di raffreddamento, il nucleo non ha ottenuto la velocità di raffreddamento richiesta per Bainite.
Lo scopo di condurre un'analisi metallografica sul campione è determinare se la microstruttura dei principali rulli di cuscinetti delle macchine a tunneling di scudo estranee è martensite, bainite inferiore o una struttura composita di entrambi, al fine di determinare i loro metodi e parametri del processo di trattamento termico. Nella fase d'oro a basso ingrandimento, le strutture simili ad ago nero che si possono vedere chiaramente sono per lo più bainite. La bainite inferiore è una miscela meccanica composta da ferrite a forma di lamiera sovrapposta al carbonio e carburi precipitati internamente. GCR18MO appartiene ad un alto acciaio al carbonio e la microstruttura ottenuta dopo l'estinzione è martesite simile al foglio (ago come la martensite). Pertanto, al microscopio metallografico, la microstruttura della bainite inferiore è estremamente simile a quella dell'alta martensite di carbonio. Solo conducendo un'osservazione approfondita e l'analisi della sua microstruttura attraverso un microscopio elettronico può essere emersa giudizi accurati.
3. Analisi della microscopia elettronica a trasmissione
I campioni di rulli per cuscinetti principali di macchine a tunneling dello scudo estraneo sono stati analizzati utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione ad alta risoluzione elettronica giapponese 21 0} 0 e le posizioni di campionamento sono mostrate nella Figura 3. La dimensione del campione è 0,5 mm × 10 mm × 10 mm. Lo spessore del campione viene macinato a 200-500 nm usando il metodo di assottigliamento ionico e quindi analizzato mediante microscopia elettronica a trasmissione.
Figura 3 Diagramma schematico della posizione di campionamento
L'osservazione preliminare mostra che i campioni sono principalmente caratterizzati da bainite inferiore. Ci sono piccoli carburi nei noodles piatti e alcuni martensiti senza carburi. I risultati statistici mostrano che ci sono circa l'80% ~ 90% di bainite inferiore, una piccola quantità di martensite e carboni di grandi dimensioni non insulti. Le immagini del microscopio elettronico a trasmissione sono mostrate nelle figure 4-6.
Figura 4 Caratteristiche di Bainite
Figura 5 Caratteristiche di bainite e carburi non insulti
Attraverso l'analisi della microscopia elettronica a trasmissione, si può vedere che durante l'estinzione isotermica dei principali rulli di cuscinetti delle macchine a tunneling di scudo estranee, al fine di migliorare la resistenza e la durezza dei rulli e quindi migliorare la loro capacità di carico, viene adottato il metodo di regolazione del processo di tempra isotermico. Dopo l'estinzione, la struttura risultante non è una singola struttura bainite, ma una struttura composita composta principalmente da bainite e contenente una piccola quantità di martensite. Questa struttura composita non ha solo un'alta resistenza e durezza, ma ha anche una buona dimora di impatto, che può soddisfare le dure condizioni di servizio dei cuscinetti principali della macchina di scudo.
Figura 6: Caratteristiche di Bainite e Martensite
Dopo aver determinato la composizione del materiale, il contenuto relativo di Bainite e Martensite può essere regolato regolando i parametri di processo di tempra isotermica. I principali fattori che influenzano il contenuto di Bainite sono:
(1) Temperatura di riscaldamento: maggiore è la temperatura di riscaldamento, più stabile è l'austenite e maggiore è il contenuto di austenite residua e più basso è il contenuto di bainite dopo tempra isotermica.
(2) Nello stesso tempo isotermico, minore è la temperatura isotermica, più lenta è la velocità di trasformazione della bainite, maggiore è il contenuto di austenite residua e più basso è il contenuto di Bainite.
(3) Alla stessa temperatura isotermica, più breve è il tempo isotermico, meno completa la trasformazione della bainite, minore è il contenuto di bainite e maggiore è il contenuto di martensite. Tra i fattori che influenzano la trasformazione della bainite, la regolazione della temperatura di riscaldamento e della temperatura isotermica porterà molti fattori sfavorevoli, quindi l'intervallo di regolazione di entrambi è molto piccolo. Durante l'estinzione isotermica, il contenuto relativo di Bainite e Martensite può essere regolato riducendo il tempo isotermico, in modo che la trasformazione della bainite sia incompleta e l'austenite rimanente può essere trasformata in martensite, aumentando così il contenuto di martensite e migliorando la forza e la durezza del roller.
4. Ispezione della durezza
Al fine di comprendere la durezza e la distribuzione dei principali rulli di cuscinetti delle macchine a tunneling di scudo estranee, sono stati condotti test di durezza sulle facce estremità dei rulli dalla superficie verso l'interno, con un totale di 8 punti testati. Quindi, taglia il rullo lungo 1\/2 della sua lunghezza, macina il profilo e usa un tester di durezza rockwell per testare la durezza della superficie, la durezza del nucleo e la loro distribuzione del rullo dal suo bordo al centro. Sono stati testati in totale 16 punti e i risultati del test. La posizione del test di durezza è mostrata nella Figura 7.
Figura 7 Mappa della posizione del test di durezza
Il motivo dell'alta durezza dei rulli è che i materiali a rulli stranieri hanno aumentato il contenuto dell'elemento MN e aumentato in modo appropriato il contenuto dell'elemento MO, il che migliora la difficoltà dell'acciaio; Inoltre, durante l'estinzione isotermica del rullo, la velocità di raffreddamento della faccia di fine rullo è relativamente veloce.
La ragione della durezza uniforme dei rulli è che la composizione e la struttura dei materiali estranei sono molto uniformi e durante il trattamento termico, il raffreddamento di varie parti dei rulli è relativamente uniforme.
A causa della complessa sollecitazione sui rulli di cuscinetti principali delle macchine a tunneling dello scudo, non è solo necessario che i rulli abbiano una buona durezza, ma anche l'alta resistenza e durezza per soddisfare i loro requisiti per i carichi pesanti. Nel caso in cui è stata determinata la composizione del materiale a rulli, la durezza del rullo dipende interamente dal suo processo di trattamento termico. Dalla selezione dei materiali per i principali rulli per cuscinetti delle macchine a tunneling di scudo estranee e l'analisi della loro microstruttura, si può stabilire che il processo di trattamento termico utilizzato per i rulli è principalmente tempra isotermica bainitica. Lo scopo dell'estinzione isotermica bainitica è quello di ottenere una struttura bainitica inferiore, che ha buone proprietà meccaniche complete. Tuttavia, se viene utilizzato un trattamento di tempra isotermico bainitico convenzionale, la struttura ottenuta è una struttura bainitica inferiore al 100%. Rispetto alla struttura martensitica, sebbene la tenacità sia significativamente migliorata, la durezza è relativamente bassa, il che non può soddisfare i requisiti della forza del cuscinetto dell'albero principale della macchina dello scudo.
Regolando i parametri del processo di tempra isotermici e modificando la morfologia, la proporzione e il contenuto di austenite residuo della struttura bainite ottenuta dopo tempra isotermica, è possibile migliorare la durezza dell'estinzione isotermica. I principali fattori che influenzano la durezza delle parti dopo l'estinzione isotermica sono:
(1) Lo spessore del tessuto bainite. Più fine è l'organizzazione, maggiore è la durezza. Lo spessore dell'organizzazione può essere regolato regolando la temperatura isotermica della tempra isotermica bainite. Più bassa è la temperatura isotermica, minore è la struttura bainite e maggiore è la durezza.
(2) Il contenuto di Bainite, che si riferisce al contenuto relativo di Bainite e Martensite nel tessuto. Maggiore è il contenuto di Bainite, più basso è il contenuto di martensite nel tessuto e più bassa è la durezza e viceversa. Il contenuto di Bainite nell'organizzazione può essere regolato regolando il tempo di estinzione isotermica. Più lungo è il tempo isotermico, maggiore è il contenuto di bainite nel tessuto, più basso è il contenuto di martensite e più bassa è la durezza. Da ciò, si può vedere che il tempo isotermico di tempra del rullo può essere appropriatamente ridotto per aumentare il contenuto di martensite nella struttura, raggiungendo alla fine l'obiettivo di migliorare la durezza del rullo.
(3) Contenuto di austenite residua. Maggiore è il contenuto di austenite residua, minore è la durezza.
5. Analisi delle dimensioni del grano
I risultati dell'analisi delle dimensioni del grano dei principali rulli di cuscinetti delle macchine del tunneling dello scudo estraneo sono mostrati nella Figura 8. La posizione del campione è mostrata nella Figura 3. L'ecant utilizzato è una soluzione di acido picrico, dodecilbenzenesolfonato di sodio e acido idroclorico in acqua.
Figura 8 dimensioni del grano
Come mostrato nella figura, la dimensione del grano del rullo è molto piccola, raggiungendo il livello 9 nel metodo GB\/T 6394 "per determinare la dimensione media del grano dei metalli". Ci sono molti fattori che influenzano la dimensione del grano, i più importanti dei quali sono la composizione chimica del materiale e la temperatura di riscaldamento e il tempo di mantenimento durante il trattamento termico. Maggiore è la temperatura di riscaldamento e maggiore è il tempo di mantenimento durante il trattamento termico, maggiore è la dimensione del grano e viceversa.
La dimensione del grano dell'acciaio ha un impatto significativo sulle sue proprietà. A causa del fatto che i confini del grano sono ostacoli al movimento di dislocazione, sperimentano una significativa resistenza alla deformazione quando deformati nella posizione del confine del grano. I confini del grano possono limitare la deformazione plastica all'interno di un certo intervallo. Pertanto, più confini del grano ci sono, maggiore è la resistenza alla snervamento dell'acciaio. Maggiore è il livello di dimensione del grano, più fini sono i grani, maggiore è l'area totale dei confini del grano e maggiore è la resistenza alla snervamento dell'acciaio. A causa della capacità dei confini del grano di prevenire la propagazione di microcrack in acciaio, i grani fine possono anche migliorare la tenacità dell'acciaio.
6. Conclusione
Attraverso un'analisi completa e approfondita dei principali rulli di cuscinetti delle macchine di tunneling di scudo stranieri, la composizione del materiale, la microstruttura per il trattamento del calore, la durezza, la dimensione del grano e il contenuto di austenite residua di austenite dei rulli sono stati padroneggiati preliminariamente per le macchine principali.
2025 aprile 3a settimana Raccomandazione del prodotto WBM:
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