楊雪春

(黎明職業(yè)大學 機電工程系，福建 泉州 362000)

煤礦用高強度圓環(huán)鏈是井下機械化采煤的主要設備刮板運輸機上的傳動鏈，是刮板運輸機的主要牽引設備，是運輸機設備的關鍵部件，而且是易損件[1].圓環(huán)鏈的動力學特性對運輸機系統(tǒng)是否能安全運行起著重要的作用.在使用過程中，圓環(huán)鏈既承受拉伸疲勞又受沖擊載荷作用.圓環(huán)鏈中的鏈環(huán)與鏈輪接觸時頂部受輪齒的壓力和磨損，在鏈環(huán)的連接部位會產生磨損和接觸疲勞；鏈條在井下與潮濕的煤粉、鹽粉及腐蝕性氣體接觸，應力腐蝕、腐蝕疲勞也影響圓環(huán)鏈使用壽命[2].因此，礦用高強度圓環(huán)鏈應具有高強度、高韌性、耐磨損、耐腐蝕等綜合力學性能.

1 礦用高強度圓環(huán)鏈用鋼要求

傳動鏈的鏈條有傳遞動力、牽引、推移貨物載荷及導向的功能.傳動鏈的結構由鏈條、刮板和接鏈器三部分組成，是一個閉式的循環(huán)系統(tǒng)，傳動鏈是由多個單鏈編結和焊接而成的鏈節(jié)構成.刮板鏈條的結構型式分為四種：單中鏈、中雙鏈、中邊鏈和邊雙鏈.鏈條為礦用高強度圓環(huán)鏈，圓環(huán)鏈的材質采用25MnV高強度合金鋼棒料，經過剪斷、壓彎、組編、成形、焊接、去焊接、熱處理、預拉伸和浸漆等多道工序制成[3].圓環(huán)鏈具有強度高、彎曲性能好、重量輕、裝拆方便的優(yōu)點，所以礦用刮板輸送機全部采用這種鏈條，取代了套筒滾子鏈和可拆模鍛鏈[4].

25MnV鋼是礦用圓環(huán)鏈專用鋼，經淬火、回火后可以得到低碳的馬氏體組織，這種組織具有良好的強韌性.25MnV鋼的淬火、回火溫度既對鋼的組織及力學性能有重要影響，又對圓環(huán)鏈質量及使用性能有重要影響.

根據圓環(huán)鏈用鋼使用情況的特殊性，在圓環(huán)鏈鋼的生產加工過程中對鋼質的要求是：成分和組織的均勻性、純凈度高、化學成分的波動范圍小，這樣成分和組織的圓環(huán)鏈鋼才能在鋼的使用過程中滿足對彎曲、下料、焊接等工藝性能的要求，根據這一特殊要求，煉鋼時選用的工藝路線為:鐵水(混鐵爐)-轉爐煉鋼-脫氧合金化-LF爐精煉-全保護澆鑄-鑄坯檢驗、計量.25MnV鋼的化學成分和力學性能要求如表1～表2.

1.1 礦用高強度圓環(huán)鏈鋼25MnV的化學成分(表1)

表1 圓環(huán)鏈鋼25MnV的化學成分(%)

1.2 礦用高強度圓環(huán)鏈鋼25MnV的力學性能要求(表2)

表2 圓環(huán)鏈鋼25MnV的力學性能要求

圓環(huán)鏈鋼與普通鋼材相比，在力學性能上要求具有較高的強度和耐磨性，并且一致性、穩(wěn)定性要求較高.

2 實驗工藝

最初生產25MnV采用的熱處理工藝是完全淬火工藝，熱處理后的性能測試發(fā)現其塑性、韌性不足，不能滿足對于圓環(huán)鏈鋼的高強度、高韌性、耐磨損等綜合力學性能的要求.為解決此問題我們嘗試采用亞溫淬火處理工藝.

亞溫淬火是指把鋼加熱至AC1～AC2溫度之間進行淬火的熱處理工藝.與通常的淬火相比，其淬火加熱溫度比較低，淬火后可以得到馬氏體加少量鐵素體的雙相組織，可以達到不降低或稍微降低材料強度、硬度的前提下，顯著提高塑性和韌性，獲得優(yōu)異的強韌性.25MnV鋼是礦用圓環(huán)鏈專用鋼，工作時承受較大的拉應力，同時存在一定的磨粒磨損和沖擊載荷.

25MnV鋼的AC1溫度設定為720℃，AC3溫度設定為816℃，亞溫淬火回火工藝如表3.

表3 25MnV亞溫淬火回火工藝

3 實驗結果

3.1 試樣的沖擊試驗

刮板運輸機在運行過程中經常會出現卡鏈現象，針對運輸機的卡鏈問題，我們對礦用輸送機上的傳動鏈——圓環(huán)鏈的沖擊性能進行了較詳細的分析和研究，實驗中，為了保證實驗結果，對每個淬火溫度點都取三個沖擊試樣，求平均值作為實驗的結果.

(1)試樣的沖擊斷口形貌如圖1～圖4.

圖1 試樣1沖擊斷口形貌 圖2 試樣2沖擊斷口形貌

圖3 試樣3沖擊斷口形貌 圖4 試樣4沖擊斷口形貌

(2)試樣的沖擊試驗結果如表4.

表4 試樣的沖擊試驗結果

在特定沖擊載荷下，完整的圓環(huán)鏈沒有出現失效現象，含缺口的圓環(huán)鏈在靠近鏈內側的缺口部位出現了失效;含缺口圓環(huán)鏈試樣在沖擊下缺口中間位置出現失效，緊接著失效向缺口兩側和圓環(huán)鏈的內部進行擴展.

3.2 試樣的拉伸試驗

GB/T12718-2001《礦用高強度圓環(huán)鏈》要求：所有圓環(huán)鏈在熱處理后均應進行預拉伸處理，預拉伸負荷為該規(guī)格圓環(huán)鏈試驗負荷的90%以上.預拉伸處理后的鏈條應進行外觀檢查，對任何有目視裂紋及其他缺陷的鏈環(huán)應去掉補入新環(huán)，補入的新環(huán)仍應進行常規(guī)熱處理和預拉伸[1].

(1)試樣的拉伸斷口形貌如圖5～圖8.

圖5 試樣1拉伸斷口形貌 圖6 試樣2拉伸斷口形貌

圖7 試樣3拉伸斷口形貌 圖8 試樣4拉伸斷口形貌

(2)試樣的拉伸試驗結果如表5.

表5 試樣的拉伸試驗結果

4 試樣的顯微組織

分別采用3%的硝酸酒精和lepera試劑對亞溫處理后的試樣進行腐蝕，得到顯微組織如圖9～圖12所示：

(1)試樣1的亞溫淬火溫度為780℃，回火溫度為420℃，由圖9可見其顯微組織為鐵素體呈條狀均勻分布在基體內，鐵素體含量約30%～50%左右.

(2)試樣2的亞溫淬火溫度為795℃，回火溫度為590℃，回火溫度高于試樣1，由于經過高溫回火，由圖10可見其顯微組織為索氏體條間及其鐵素體內部均有碳化物彌散析出.

(3)試樣3的亞溫淬火溫度為805℃，回火溫度為610℃，由圖11可見其顯微組織中α條有聚集長大，并呈現等軸化的趨勢.

圖9 試樣1顯微組 圖10 試樣2顯微組織織

圖11 試樣3顯微組織 圖12 試樣4顯微組織

(4)試樣4的亞溫淬火溫度為815℃，回火溫度為460℃，由于提高了亞溫淬火溫度，由圖12可見其顯微組織中鐵素體含量減少，鐵素體彌散分布在基體內.

5 分析

(1)通過對礦用圓環(huán)鏈鋼25MnV進行亞溫淬火+回火的熱處理，熱處理后進行顯微組織觀察，從觀察到的雙相組織可知，25MnV鋼熱處理后的組織存在一定數量的鐵素體，鐵素體的形態(tài)呈條狀、針狀、等軸狀，并分布在基體內，鐵素體的分布比較均勻.鐵素體的均勻分布有利于提高材料的強韌性指標，試樣的0℃橫向沖擊功達到了100J，強度值相當于120鋼級的水平.

(2)從實驗結果來看，隨著亞溫淬火溫度的提高，材料組織內鐵素體的含量逐漸減少.隨著回火溫度的提高，顯微組織內發(fā)生了殘余奧氏體的轉變，同時出現了鐵素體等軸化等現象.

參考文獻：

[1]GB/T12718_2001，礦用高強度圓環(huán)鏈[S].北京:中國標準出版社，2001.

[2]楊芝苗，礦用高強度圓環(huán)鏈沖擊性能分析[D].西安:西安科技大學，2009.

[3]李安銘，王海瑞，等.亞溫淬火對25MnV鋼顯微組織和力學性能的影響[J].機械工程材料，2009(12):38-40.

[4]馬瑞勇，王維喜，張兵軍，等.25MnV鋼礦用高強度圓環(huán)鏈的中頻感應加熱淬火[J].金屬熱處理，2004(11):65-67.