煤礦機械無軸承行星軸材料研究

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摘要：針對煤礦井下使用條件，對無軸承行星傳動裝置核心元部件行星軸材料進行分析，通過分析研究化學成分和熱處理工藝對銅基合金力學性能的影響，制定材料熱處理工藝；通過對試樣進行力學性能檢測，分析結果，調整材料元素成分配比和熱處理工藝，最終實現試件力學性能各項指標達到要求。

關鍵詞：煤礦；無軸承；行星軸；材料

0引言

無軸承行星傳動裝置，可有效利用有限空間，合理分配行星軸、行星輪、行星架的空間尺寸，均衡各零件的強度，提高行星傳動的整體可靠性，目前我國礦用齒輪箱采用無軸承行星傳動結構的產品已經推廣使用，在實際生產應用中其核心元部件行星軸的質量直接影響整個傳動裝置的可靠性，本文結合煤礦井下實際工況，對無軸承行星軸材料進行探討。

1行星軸材料熱處理

目前國內外的行星軸采用的是一種綜合性能較好的銅基合金材料，采用固溶處理和時效處理2個熱處理步驟。首先選用的銅基合金為國標中存在的材料，對該材質進行表1中所羅列的熱處理實驗，實驗數據如表2所示。從表2中可以看出，只有HT3的性能基本滿足了基礎指標，這與設想的理想指標還相差甚遠，這就說明前期從資料上所收集的參數并不是太適合本次實驗所用的標準銅基合金材質，需要對熱處理參數進行重新選擇。從表1的實驗數據中可以看出，固溶處理的溫度在770~800℃，在相同時效條件下處理時，材料的力學性能并沒有發生什么變化；而在相同的固溶條件下，時效溫度的變化會對材料的力學性能產生一定得影響，如HT3和HT6。故再進行熱處理時固溶溫度選擇為785℃（中間溫度），將重點放在時效處理上，熱處理方案如表3所示。通過HT3和HT6的比較，可以發現提高時效處理溫度可以提高材料的強度和硬度，故在HT7處理時時效溫度選定為340℃，經檢測HT7處理后材料的綜合力學性能除拉伸強度外都已經達到預設的理想指標，從所查閱的資料中可知，分步時效可以進一步地提高材料的強度，故對材料進行了表3中的HT8綜合熱處理，從表4實驗的結果來看并不是很理想，雖然進一步提高了材料的拉伸強度和屈服強度，但是材料的硬度和延伸率卻出現了下降，延伸率下降尤為明顯，使得材料的綜合力學性能并不能達到預設的理想指標。

2行星軸材料合金成分

對標準銅基合金材質而言，通過對熱處理各參數的調節并不能達到預設的理想指標，有必要對合金成分進行調整，進一步提高合金力學性能。從相關資料中可以看出，合金中的Be含量對合金的性能起著主導性的作用，為了能找出滿足理想指標的銅基合金材料，決定在標準銅基合金的基礎上增加Be的含量提高合金的綜合力學性能，成分如表5所示。通過對標準銅基合金材質的實驗研究，可以初步確定HT7為此種銅基合金材質的最佳熱處理方案。對新型銅基合金樣件進行HT7熱處理，經檢驗新型銅基合金棒材的綜合力學性能（見表6）完全達到了預設的理想指標。

3結語

通過多次對新型銅基合金進行HT7熱處理，新型銅基合金棒材的綜合力學性均能穩定保持表7的力學性能。最終確定采用新型銅基合金，采用785℃固溶處理，340℃時效處理的熱處理方法制做無軸承行星軸。通過對比可以看出，新研制國產行星軸綜合力學性基本達到進口同類產品的水平。

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作者：石濤 單位：中國煤炭科工集團太原研究院有限公司