バケツ歯に関する考察

高マンガン合金鋼の複合材料は靭性に優れているため、表面に高硬度の耐摩耗合金を重ね合わせることができ、バケット歯の表面強度を大幅に向上させ、より理想的なバケット歯を得ることができます。耐乾性において強力な原理を持つため、材料としては高硬度かつ耐摩耗性に優れた肉盛溶接合金を選択する必要があります。
関連研究によると、高鉄合金は高マンガン鋼材よりも耐摩耗性に優れており、高鉄合金またはマルテンサイト鋳鉄合金は、新しいバケット歯の製造や古いバケット歯の修理に使用されます。修理処理の際には、アセチレン炎で古いバケット歯の先端を切断して一定の溝を残し、その後、オーステナイト鋼マンガン溶接棒を使用して元の形状に対応する処理を行い、最後に表面に重ね溶接処理を施すことで、鉱山用大型掘削機の耐摩耗性を向上させます。

まず、切断機構
バケット歯が高衝撃荷重下で岩石(鉱石)と反応する際、一方では、岩石(鉱石)表面と接触して大きな衝撃力を発生させますが、バケット歯材料の降伏強度が低い場合、バケット歯の先端に一定の塑性変形が生じ、塑性溝が形成されやすくなります。他方では、バケット歯が岩石(鉱石)に挿入される際、バケット歯の硬度が岩石(鉱石)の硬度よりも低い場合、岩石(鉱石)粒子がバケット歯の表面に押し込まれ、曲線状または螺旋状の長い切りくずが発生し、切削溝が形成されます。この切削溝には、微細な切りくずが伴う場合があります。切削屑は、せん断作用と多数の変形により、大量の変形潜熱を発生させ、密集して整然と並んだ滑り段差が現れ、しわが形成されます。さらに、岩石(鉱石)との摩擦により摩擦熱が発生し、変形潜熱と摩擦熱の複合効果により切削屑の温度が急激に上昇し、動的再結晶、焼戻し軟化、動的相変化などが起こり、切削屑の内部構造が変化し、一部では局所的な溶融現象も発生します。
第二に、疲労剥離メカニズム
バケット歯が岩(鉱石)に挿入されて往復運動すると、表面に形成された塑性プラウ溝が隆起した岩石粒子によって何度も粉砕され、金属の多流テーブルが形成されます。バケット歯材料の応力が強度限界を超えると、亀裂や脆性亀裂が発生します。前者は摩耗方向に対して垂直に亀裂が発生し、後者は摩耗方向に沿って亀裂または引き裂かれ、前面には滑らかな溝状の縞模様、背面にはより平坦な縞模様、側面には粉砕変形によって形成された重なり合う縞模様が現れます。岩が角張っている場合は、変形層がせん断されて破片が形成され、平らで縁が粗い薄片状になります。また、バケット歯と岩が繰り返し作用すると、バケット歯が塑性変形して高い加工硬化効果が生じ、バケット歯の表面が脆くなり、岩の強い衝撃によって歯の表面に脆性破片が形成され、その表面に深さの異なる放射状の亀裂が生じる場合もあります。この脆性割れ特性は、厳密には疲労剥離メカニズムです。摩耗破壊メカニズムは、材料と作業条件に関連しており、主に切削、疲労剥離などのメカニズムが含まれます。一般的に、切削メカニズムはバケット歯の摩耗破壊プロセスを支配し、70%以上を占めます。バケット歯の硬度が増加するにつれて、疲労剥離メカニズムが徐々に増加し、20~30%を占めます。材料の硬度が上限に達すると、脆性が増し、脆性チッピングが発生する可能性があります。切削メカニズムが支配的な作業条件では、バケット歯材料の硬度を向上させると、耐摩耗性の向上に役立ちます。疲労剥離メカニズムでは、材料は良好な硬さと靭性を備えている必要があります。高硬度高い破壊靭性、低い亀裂成長速度、高い衝撃疲労耐性はすべて、材料の耐摩耗性の向上に貢献する。


投稿日時:2023年6月27日