추상적인:화학 성분, 경도 및 미세 구조와 같은 외래 실드 기계의 베어링 롤러에 대한 주요 기술 색인을 분석함으로써, 기술 지원은 Shield 기계에 대한 스핀들 베어링의 국유화를 위해 제공됩니다.
핵심 단어 :롤링 베어링; 방패 기계; 미세 구조
Shield 기계의 메인 베어링은 Shield Cutterhead 시스템에 사용되는 Shield 기계의 핵심 구성 요소입니다. 서비스 수명과 신뢰성은 실드 기계의 건축 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 현재 중국의 Shield 터널링 기계의 주요 베어링 시장은 외국에 의해 완전히 독점적입니다. Shield 터널링 기술의 현지화를 달성하려면 Shield 터널링 기계의 주요 베어링을 독립적으로 개발하고 제조해야합니다. 방패 터널링 머신의 메인 샤프트의 가혹한 작업 환경과 복잡한 베어링 용량으로 인해 축 방향 힘, 방사형 힘, 전복 모멘트 등과 같은 결합 된 하중을 견딜 수 있어야합니다. 롤러의 성능, 신뢰성 및 서비스 수명은 Shield Machine 메인 베어링의 서비스 수명과 신뢰성을 결정하는 주요 요인입니다. 따라서, 고급 외국 기업 방패 기계 메인 베어링 롤러의 재료 및 열처리 품질을 이해하고 마스터하는 것은 Shield Machine 메인 베어링의 현지화에 매우 중요합니다.
1. 화학 분석
가정 및 해외에서 방패 터널링 머신의 주요 베어링 롤러 샘플의 화학적 조성은 스위스 ARL 4460 직접 판독 분광계를 사용하여 테스트되었습니다. 결과는 표 1에 나와 있습니다. 중국의 롤러 재료는 GCR18MO이고 표의 표준 값은 GB\/T 18254-2002의 요구 사항입니다. 표에 따르면, 외국 방패 기계의 주 베어링 롤러 재료의 C, CR, SI, 트레이스 요소 및 불순물 요소의 함량은 GCR18MO와 유사하지만 MN 및 MO 요소의 함량은 비교적 높습니다. 따라서, 이물질 방패 기계의 메인 베어링 롤러에 사용 된 재료는 GCR18mo 고 탄소 크롬 베어링 스틸에 속한다는 것을 결정할 수있다.
Shield 터널링 머신의 메인 베어링 롤러의 복잡한 응력과 비교적 큰 롤러 크기 (100mm × 100mm)로 인해 서비스 조건을 충족하기 위해 롤러의 코어도 강도가 높아야합니다. 따라서 재료의 경화성이 높아야합니다. 외래 실드 터널 터널링 머신의 주요 베어링 롤러의 재료에서 MN 함량의 증가는 주로 철강의 경화성을 향상시키고 매트릭스 강화를 목표로합니다. MO 요소 함량을 적절하게 증가 시키면 경화성을 향상시킬 수있을뿐만 아니라 MN 요소 함량의 증가로 인한 템퍼링 브리티스 문제를 극복 할 수 있습니다.
표 1 가정 및 해외에서 방패 터널링 머신의 주요 베어링 롤러의 화학적 구성 비교
2. 금속계 분석
Olympus GX51 광학 현미경은 외래 실드 터널링 머신의 주요 베어링 롤러에서 금속 구조 테스트를 수행하는 데 사용되었습니다. 표면 및 코어 금속성 구조는 각각도 1 및도 2에 도시되어있다. 사용 된 에센트는 4% 질산 알코올 용액입니다.
그림 1 표면 금속 학적 구조
그림 2 심장의 금속 구조
그림 1과 그림 2를 비교하면 심장 조직에 많은 수의 용해되지 않은 탄화물 (그림에 흰색 밝은 반점)과 마르텐 사이트 (어두운 회색 영역)가 있음을 분명히 알 수 있습니다. 용해되지 않은 탄화물의 출현 이유는 동일한 담금질 및 가열 단열재 시간 하에서 코어의 동등한 절연 시간이 표면보다 짧고, 오스테 니트 화는 충분하지 않아서 많은 양의 탄화물이 오스테 나이트로 불분명하기 때문입니다. 베이니트 구조가 나타나는 이유는 롤러의 큰 크기 때문이며, 동일한 냉각 조건에서 코어는 베이 나이트에 필요한 냉각 속도를 얻지 못했습니다.
샘플에서 금속 학적 분석을 수행하는 목적은 외부 방패 터널 터널링 머신의 주요 베어링 롤러의 미세 구조가 열 처리 공정 방법 및 파라미터를 결정하기 위해 마르텐 사이트, 하부 베이니트 또는 둘 다의 복합 구조인지 여부를 결정하는 것입니다. 낮은 배율 금상에서, 명확하게 볼 수있는 구조와 같은 검은 색 바늘은 대부분 베이니트가 더 낮습니다. 하부 베이나이트는 탄소 과포화 시트와 같은 페라이트와 내부적으로 침전 된 탄화물로 구성된 기계적 혼합물입니다. GCR18MO는 고 탄소강에 속하며, 켄칭 후 얻은 미세 구조는 시트와 같은 마르텐 사이트 (마르텐 사이트와 같은 바늘)입니다. 따라서, 금속성 현미경 하에서, 낮은 베이나이트의 미세 구조는 고 탄소 마르텐 사이트의 미세 구조와 매우 유사하다. 전자 현미경을 통한 미세 구조의 심층적 인 관찰 및 분석을 수행함으로써 만 정확한 판단이 이루어질 수 있습니다.
3. 전송 전자 현미경 분석
외국 실드 터널 터널링 머신의 주요 베어링 롤러 샘플은 일본 전자 21 0 0 고해상도 전송 전자 현미경을 사용하여 분석되었으며 샘플링 위치는 그림 3에 나와 있습니다. 샘플 크기는 0.5 mm × 10 mm × 10 mm입니다. 샘플 두께는 이온 얇게 방법을 사용하여 200-500 nm으로 접지 된 다음 투과 전자 현미경으로 분석된다.
그림 3 샘플링 위치의 개략도
예비 관찰은 샘플이 주로 하부 베이 나이트로 특징 지어진다는 것을 보여준다. 평평한 국수에는 작은 탄화물이 있고 탄화물이없는 몇 개의 마르텐 사이트가 있습니다. 통계 결과에 따르면 약 80% ~ 90% 하원, 소량의 마르텐 사이트 및 용해되지 않은 큰 탄수화물이 있음을 보여줍니다. 투과 전자 현미경 이미지는 그림 4-6에 표시됩니다.
그림 4 베이 나이트의 특성
그림 5 베이니트 특성 및 용해되지 않은 탄화물
전송 전자 현미경 분석을 통해, 외래 실드 터널 터널링 기계의 메인 베어링 롤러의 등온 켄칭 중에 롤러의 강도와 경도를 향상시키고 하중 기준 용량을 향상시키기 위해 등온 혐오 공정을 조정하는 방법이 채택된다는 것을 알 수 있습니다. 담금질 후, 결과 구조는 단일 베이니트 구조가 아니라 주로 베이나이트로 구성되고 소량의 마르텐 사이트를 함유하는 복합 구조이다. 이 복합 구조는 강도와 경도가 높을뿐만 아니라 실드 머신 메인 베어링의 가혹한 서비스 조건을 충족시킬 수있는 강도가 우수합니다.
그림 6 : 베이니트 및 마르텐 사이트의 특성
재료 조성물을 결정한 후, 등온제 켄칭 공정 매개 변수를 조정하여 베이니트 및 마르텐 사이트의 상대적인 함량을 조정할 수 있습니다. 베이 나이트의 함량에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.
(1) 가열 온도 : 가열 온도가 높을수록 오스테 나이트가 더 안정적이며 등재 된 오스테 나이트의 함량이 높을수록 등온 냉동 후 베이 나이트의 함량이 낮아집니다.
(2) 동일한 등온 시간에서 등온 온도가 낮을수록 베이 나이트의 변형 속도가 느리면 잔류 오스테 나이트의 함량이 높아지고 베이 나이트의 함량이 낮아집니다.
(3) 동일한 등온 온도에서 등온 시간이 짧을수록 베이나이트의 변형이 덜 완료 될수록 베이 나이트의 함량이 낮아지고 마르텐 사이트의 함량이 높아집니다. 베이 나이트의 변형에 영향을 미치는 요인들 중에서 가열 온도와 등온 온도를 조정하면 많은 불리한 요인이 생길 수 있으므로 두 가지 조정 범위는 매우 작습니다. 등온 켄칭 동안, 벤테 나이트 및 마르텐 사이트의 상대적인 함량은 등온 시간을 줄임으로써 조정될 수있어 베이 나이트의 변형이 불완전하고 나머지 오스테 나이트가 마르텐 사이트로 변형되어 마르텐 사이트의 함량을 증가시키고 롤러의 강도와 경도를 향상시킬 수있다.
4. 경도 검사
외래 실드 터널 터널링 머신의 메인 베어링 롤러의 경도와 분포를 이해하기 위해, 경도 테스트는 표면에서 내부로 롤러의 끝면에서 총 8 점을 테스트했습니다. 그런 다음 길이의 1\/2을 따라 롤러를 자르고 프로파일을 갈고 로크웰 경도 테스터를 사용하여 표면 경도, 코어 경도 및 롤러를 가장자리에서 중앙으로 분포합니다. 총 16 점을 테스트하고 테스트 결과가 표 2에 나와 있습니다. 경도 테스트 위치는 그림 7에 나와 있습니다.
표 2 외국 방패 터널링 머신의 주요 베어링 롤러의 경도 테스트 결과
그림 7 경도 테스트 위치 맵
표 2에 따르면, 롤러 끝면의 경도는 60 시간 이상이며 매우 균일하며 최대 경도 차이는 1.1 HRC에 불과합니다.
롤러의 경도가 높은 이유는 외래 롤러 재료가 MN 요소의 함량을 증가시키고 MO 요소의 함량을 적절하게 증가시켜 강의 경화성을 향상시키기 때문입니다. 또한, 롤러의 등온 켄칭 동안 롤러 끝면의 냉각 속도는 비교적 빠릅니다.
롤러의 균일 한 경도의 이유는 외래 재료의 조성과 구조가 매우 균일하고 열처리 중에 롤러의 다양한 부분의 냉각이 비교적 균일하기 때문입니다.
Shield Tunneling Machines의 메인 베어링 롤러에 대한 복잡한 응력으로 인해 롤러의 강인성이 우수 할뿐만 아니라 강도와 경도가 높은 강도와 경도가 무거운 하중을 베어 내야합니다. 롤러 재료의 조성이 결정된 경우, 롤러의 경도는 전적으로 열처리 과정에 의존합니다. 외래 실드 터널 터널링 머신의 주요 베어링 롤러에 대한 재료 선택과 미세 구조의 분석에서 롤러에 사용 된 열 처리 공정은 주로 베인트 등온제 켄칭임을 결정할 수 있습니다. 베이니틱 등온 켄칭의 목적은 더 낮은 베이니트 구조를 얻는 것인데, 이는 좋은 포괄적 인 기계적 특성을 갖는 것입니다. 그러나, 기존의 베인 틱 등온 켄칭 처리가 사용되는 경우, 얻어진 구조는 100% 낮은 베이니트 구조이다. Martensitic 구조와 비교하여, 인성이 크게 향상되었지만, 경도는 상대적으로 낮으며, 이는 실드 기계의 주요 샤프트 베어링 힘의 요구 사항을 충족시킬 수 없습니다.
등온 켄칭 프로세스 매개 변수를 조정하고 등온 켄칭 후 얻어진 베이 나이트 구조의 형태, 비율 및 잔류 오스테 나이트 함량을 변화시킴으로써 등온제 냉소의 경도가 향상 될 수있다. 등온 켄칭 후 부품의 경도에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같습니다.
(1) 베이 나이트 조직의 두께. 조직이 더 미세할수록 경도가 높아집니다. 조직의 두께는 베이 나이트 등온 켄칭의 등온 온도를 조정하여 조정할 수 있습니다. 등온 온도가 낮을수록 베이나이트 구조가 더 미세하고 경도가 높아집니다.
(2) 조직에서 베이 나이트 및 마르텐 사이트의 상대적인 함량을 나타내는 베이나이트의 함량. 베이 나이트의 함량이 높을수록 조직에서 마르텐 사이트의 함량이 낮아지고 경도가 낮아지고 그 반대도 마찬가지입니다. 조직 내 Bainite의 내용은 등온 켄칭 시간을 조정하여 조정할 수 있습니다. 등온 시간이 길수록 조직에서 베이 나이트의 함량이 높을수록 마르텐 사이트의 함량이 낮아지고 경도가 낮아집니다. 이것으로부터, 롤러의 등온 켄칭 시간이 적절하게 단축되어 구조물에서 마르텐 사이트의 함량을 높이고 궁극적으로 롤러의 경도를 향상시키는 목표를 달성 할 수 있음을 알 수있다.
(3) 잔류 오스테 나이트의 함량. 잔류 오스테 나이트 함량이 높을수록 경도가 낮아집니다.
5. 입자 크기 분석
외래 방패 터널링 기계의 주요 베어링 롤러의 입자 크기 분석 결과는도 8에 나와있다. 샘플 위치는 그림 3에 나와있다.
그림 8 그레인 크기
그림에서 볼 수 있듯이 롤러의 입자 크기는 매우 작으며 GB\/T 6394의 레벨 9에 도달합니다. "금속의 평균 입자 크기를 결정하는 방법". 입자 크기에 영향을 미치는 많은 요인이 있으며, 가장 중요한 것은 재료의 화학적 조성과 가열 온도 및 열처리 동안의 유지 시간입니다. 가열 온도가 높을수록 열처리시 홀딩 시간이 길어질수록 곡물 크기가 거칠고 그 반대도 마찬가지입니다.
강철의 입자 크기는 그 특성에 큰 영향을 미칩니다. 입자 경계가 탈구 이동에 장애물이기 때문에, 입자 경계 위치에 변형 될 때 상당한 변형 저항을 경험합니다. 입자 경계는 특정 범위 내에서 소성 변형을 제한 할 수 있습니다. 따라서 입자 경계가 많을수록 강의 항복 강도가 높아집니다. 입자 크기 수준이 높을수록 곡물이 더 미세할수록 곡물 경계의 총 면적이 클수록 강의 항복 강도가 높아집니다. 강철에서 미세 균열의 전파를 방지하기위한 입자 경계의 능력으로 인해 미세 곡물은 강의 인성을 향상시킬 수 있습니다.
6. 결론
외래 실드 터널 터널링 머신의 주요 베어링 롤러에 대한 포괄적이고 심층적 인 분석을 통해, 롤러의 재료 조성, 열처리 미세 구조, 경도, 곡물 크기 및 잔류 오스테 나이트 함량은 예비 마스터되어 중국의 쉴드 마커를위한 메인 베어링을위한 메인 베어링을위한 메인 베어링을위한 기술 지원을 제공하고 있습니다.
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