中频淬火炉对挖掘机斗齿早期失效的工艺改进措施

斗齿是挖掘机上的重要零部件，由齿座和齿尖组成，由销轴连接，斗齿材料为40CrMnSi钢。挖掘机工作时，齿尖部位首先接触物料，挖掘物料多为泥土、沙石、混凝土或岩石块等，由于挖掘速度快，齿尖受到强烈的冲击和磨损作用。当斗齿切割物料时，在表面产生较高正挤压应力，并且在斗齿工作面和物料间构成较大的摩擦力。如果物料是岩石或混凝土等坚硬物质，其摩擦力更高。工作中齿反复作业挖掘，斗齿零部件承受摩擦磨损和冲击应力，往往形成表面较深的犁沟缺陷，前工作面受力恶劣，其磨损严重，挖掘中正压力和冲击摩擦磨损应力是斗齿承受的主要应力和造成工件失效的主要力学原因。生产中发现，某挖掘机机斗齿在工作数日后出现早期失效。
    检验发现，斗齿工作面出现明显犁沟状划痕，尖部出现少量塑性变形，但未见裂纹，前工作面受力恶劣，但厚度最薄，仅4mm，后工作面厚度约为8mm。该斗齿由镶块结构构成。硬度检测发现，镶块和基体硬度差别明显，镶块与基体成分相近，相当于40CrMnSi钢，其主要成分（质量分数，%）为：0.38C、0.91Cr、0.83Mn、0.92Si。以上检验说明，斗齿铸造后未进行热处理便投人运行，故其成分相近似而硬度差异大。金相检验观察发现，基体组织为黑色细片状托氏体或托氏体与珠光体的混合组织，镶块组织由白色块状和黑色细片状组织构成，白色块状组织为铁素体，黑色细片状组织与基体相同。检验基体、镶块和对比45钢试样的耐磨性，基体耐磨性优于镶块，由于两者成分近似，镶块主要作用类似冷铁，使基体组织细化（晶粒较细)，耐磨性增强。镶块受铸造热影响，生成类似焊接热影响区的组织，其耐磨性并不高。如果斗齿铸造后用中频淬火炉进行适当热处理，改善基体与镶块组织，将使斗齿的耐磨性和使用寿命明显提高。
    综上分析，斗齿铸造后未经热处理而使斗齿组织不均，镶块硬度低，没起到强化作用，反而比基体强度、硬度低，并且耐磨性差，斗齿整体强度不足，耐磨性差。在挖掘机恶劣工作条件下，斗齿受强烈冲击磨损和正压力摩擦力作用造成早期失效报废。为此，提出以下工艺改进措施：
    (1)铸件铸造成形后，用中频淬火炉对斗齿件进行正火处理，以改善组织，消除和减轻铸造缺陷和应力，提高斗齿工作寿命。
    (2)斗齿铸件进行适当热处理，以细化组织和改善提高斗齿强度、硬度及耐磨性能。
    斗齿采用上述工艺改进措施后，工件组织和性能明显提高，斗齿工作寿命提高了近两倍，应用状况良好。