開發使用25Cr2MoVA鋼制造采煤機內齒圈以提高其使用壽命

1 前言

如圖1所示，MDA0304-5內齒圈是長期合作單位雞西煤礦機械有限公司生產的MG300W型采煤機行星輪減速器機構中的重要零件。由于內齒圈是在交變載荷下工作，要承受很大的接觸應力和彎曲應力，所以必須具有高的齒面硬度和耐磨性。據此，曾采用多種中低碳合金鋼制造此內齒圈，并采用氣體氮化做為其最終熱處理手段，以期獲得高齒面硬度，但效果均不理想，在實際應用中仍很易產生點蝕剝落而過早失效。而齒面抗點蝕能力是隨著齒面硬度的增高而提高的。針對這種情況，我們決定開發使用25Cr2MoVA鋼制造此內齒圈。試驗與實際應用均表明，25Cr2MoVA鋼具有比其它內齒圈用鋼更高的齒面硬度和耐磨性。使用這種鋼制造此內齒圈，可增強其抗點蝕能力，提高其使用壽命。

1、內齒圈2、太陽輪3、行星架4、行星輪

2 內齒圈介紹

MDA0304-5內齒圈圖形如圖2所示。 其技術要求為：齒面氮化處理，氮化層深度0.5-0.7mm，氮化硬度HV≥650，芯部硬度HB280-320。

此齒圈所用鋼材25Cr2MoVA的化學成份及相變溫度如表1所示。 表1 25Cr2MoVA的化學成份及相變溫度 其生產工藝流程為：鍛造—粗車一正火，調質一半粗車一時效一半精車，粗插齒一時效一精車，精插齒一氣體氮化一裝配。

其熱處理工藝規范如表2及圖3所示。

需著重指出，二次時效，可最大限度減小氮化時變形。二段式氣體氮化工藝，其氮化速度快。

3 內齒圈用鋼比較分析

25Cr2MoVA鋼與其它內齒圈用鋼相比有何優點，其理論依據何在，下面做一下比較分析。 3.1 化學成份比較 25Cr21vloVA鋼與其它內齒圈用鋼化學成份如表3所示。 3.2 檢測結果比較 經過相同的預先熱處理后，將這幾種內齒圈用鋼進行同爐氮化試驗，檢測結果是這幾種鋼的氮化脆性均為I級，而其氮化層深度，氮化硬度卻不相同，分別如表4、表5所示。

從表4、表5可看出，在相同熱處理條件下，25Cr2MoVA鋼氮化層最深，氮化硬度最高，這便是其優點所在，亦是其最適宜制造此內齒圈的有力證明。

3.3 理論分析

25Cr2MoVA鋼具有高的氮化硬度、耐磨性，是有充足的理論依據的，主要基于以下兩個因素：

(1)合金元素的作用

氮化層的強化作用主要是合金氮化物的彌散強化，同時，加入合金元素又可提高氨在α相中的固溶度，使微觀應力增加。提高硬度。

業已確定，含過渡金屬元素的鋼滲氮時，氮在α相中的固溶度明顯提高，并形成其氮化物，其中以V、Ti、Mo、Cr效果最為顯著。

另外，V能改善飽和氮沿滲氮層均勻的分布，這對提高耐磨性及氮化速度有著重要影響。

25Cr2MoVA鋼含cr、Mo特別是V元素，所以其氮化層最深，氮化硬度和耐磨性最高。

(2)碳含量的作用

實驗證明，氮化層中ε+γ’相區的質點有最好的耐磨性。但鋼中只有碳含量為0.1一0.25％的氮化鋼氮化后可觀察到γ’相。這表明，碳含量為0.1-0.25％的氮化鋼氮化后耐磨性最好。25Cr2MoVA鋼碳含量正為0.23％，這是其具有更好耐磨性的另一理論依據。

4 結論

綜上所述，經相同的熱處理后，25Cr2MoVA鋼可獲得比其它內齒圈用鋼更高的齒面硬度和耐磨性。事實上，我們已采用25Cr2MoVA鋼制造MDA0304--5內齒圈，用此內齒圈裝機在淮北礦務局進行井下試驗，沒有出現點蝕剝落現象，使用壽命亦有很大提高，由此可見，采用25Cr2MoVA鋼制造采煤機內齒圈，是提高其使用壽命的良好途徑。

參考文獻：

[1]胡志忠等，鋼及其化學熱處理手冊。

[2]蘇，尤·馬·帕恩，滲氯工藝及發展前景。

[3]波，亞·澤史等，氣體氮化物擴散層的形成，國外化學熱處理，1981。

作者簡介：

梁振東，44歲，工程師，1988年畢業于中國礦業大學金屬材料及熱處理專業，現在黑龍江技師學院從事專業課教學工作。