矿山机械典型件的热处理工艺设计实例（6）
如题矿山机械典型件的热处理工艺设计实例（6）
牙轮钻机钻头的热处理工艺设计
牙轮钻头是地质钻探、露天矿和石油开采的钻孔工具。牙轮钻头是由牙轮、牙爪和滚柱及滚珠等组成。牙轮钻机工作时，通过其回转、推压机构对钻具施以轴向压力，钻孔是靠牙轮对岩石的压碎、剪切和冲击破碎等多种作用来完成的。因此，工作时牙轮和牙爪承受带有冲击作用的接触应力，同时受到强烈磨损。
1. 失效形式分析
牙轮和牙爪的主要失效形式有以下几种：
（1）牙轮和牙爪轴承工作面表层疲劳剥落以及因拉毛发热而咬合。
（2）牙爪小轴磨损或折断。
（3）滚珠和滚柱磨损、碎裂。
（4）牙轮和牙爪断裂等。
2. 矿用牙轮钻头的选材
从上述的失效特点，可以得知牙轮和牙爪需要由疲劳强度高，韧性好，表面硬度高，耐磨性好的材料制造，在生产中，牙轮和牙爪通常采用优质低碳合金钢（如20CrMo、20Ni4Mo等）；其滚珠和滚柱通常采用55SiMoV钢制造。
3. 矿用牙轮钻头热处理技术要求
（1）牙轮和牙爪
1）渗碳层深度：牙轮为0.9～2.2mm，牙爪为1.2～2.5mm（均取决于钻头直径）。
2）渗碳层含碳量：牙轮和牙爪均为(质量分数)0.8～1.05%。
3）淬火回火后表面硬度：牙轮和牙爪均为58～63HRC。
4）渗碳层组织：回火马氏体（≤3级）+粒状碳化物（≤2级）。
（2）滚柱和滚珠淬火回火后表面硬度：滚珠为55～59HRC，滚柱为56～60HRC.
4. 制造工艺路线
（1）牙轮工艺路线
1）钢齿牙轮：锻造→正火（退火）→机械加工→渗碳→淬火→回火→清洗→磨削。
2）镶齿牙轮：锻造→正火（退火）→机械加工→钎焊减摩材料→渗碳→二次淬火→回火→清洗→钻硬质合金齿孔→压齿→磨削。
（2）牙爪工艺路线
1）堆焊耐磨合金牙爪：锻造→正火（退火）→机械加工→小轴、二道止推面、大轴受力部位堆焊耐磨合金→渗碳→淬火→回火→清洗→磨削。
2）渗碳牙爪：锻造→正火（退火）→机械加工→渗碳→磨削→渗硼→淬火→回火→清洗→磨削。
（3）热处理工艺设计
1）15CrNi3Mo钢制牙轮的热处理工艺设计，见表1所示。
（2）20CrNiMo钢制牙爪的热处理工艺设计，见表2。
表115CrNi3Mo钢制牙轮的热处理工艺
表220CrNiMo钢制牙爪的热处理工艺
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