·324 北京科技大学学报 1995年No.4 纹特别敏感，并且与钢中的氢量有很密切的关系；钢中存在残留应力和微观及宏观应力集中 时，也容易发生脆性断裂，所以尽量不要选用σ。过高的材料作活塞， 活塞所受的最大应力cm一般不超过200Nmm,以此为拉压疲劳极限o-】Ly;除 以加载因子C=(0.8)得[o-k=250Nmm2,考虑一定的安全系数，取C=1.5,则 [o-1=250×1.5=375N/mm2.由此得： 06=([a-1]W-94)/0.383=733.7N/mm2 所以c。≥800Nmm2即可满足活塞的受力要求，因此重点应放在提高其抗冲击能力.抗 冲击能力应满足两个性能指标：一是冲击韧性，另一个是延伸率.对部分国内外凿岩机冲击 活塞的材料性能进行了统计，得出冲击活塞的选材原则：ob≥800Nmm2,ak≥80 N·mmm2,δ，≤12，必须三者同时满足. 4.2热处理工艺 因为σ。不是选材时主要考虑的问题，因此热处理工艺的重点应放在提高抗冲击能力， 耐腐蚀性和耐磨性上.如4 OCrNiMo(中50mm),在900℃正火，850℃加热、油淬.其回火温 度不同对性能的影响很大.其值为： 500℃回火时，ob=1195N/mm2,ak=68N·m/mm2; 575℃回火时，o=1010N/mm2,ak=137N·m/mm2; 650℃回火时，o,=890Nhmm2,ak=176N·mmm2. 由于o。只要求高于800N/mm2,所以650℃回火即可满足受力要求，而a,值却可提高 2.5倍以上，提高了活塞的抗冲击能力， 根据上述分析，我们推荐采用淬透性好的中碳低合金调质钢作为冲击活塞，的材料，如 4 OCrNiMoA.这是因为，活塞冲击时，整个断面上受力基本相同，如果淬透性不好，中心 部易出现游离铁素体，使σ，口。大大降低（即抗蠕变性降低），工作时容易产生塑性变型而 失效，即所谓的“打堆”，另外，由于调质钢可以采用较高的回火温度，可以明显地提高冲 击韧性，还可以消除残留应力， 6结束语 冲击活塞的失效形式属低应力脆性断裂，主要原因是应力集中和应力腐蚀；提高寿命的 方法是降低活塞硬度，提高冲击韧性及抗应力腐蚀性能· 参考文献 1徐小荷.冲击凿岩的理论与电算方法，沈阳：东北工学院出版社，1986.85~124 2 Lundberg B.Microcomputer Simulation of Percussive Drilling Int.J Rock Mech Min Sci,1985,22:213~222 3程火金·应力波理论在液压凿岩机设计中的应用：[硕士学位论文】·北京：北京科技大学，1988 4那明等，结构抗疲劳设计，北京：机械工业出版社，1987.26~32 5吴轮中.机械构件的热处理设计.上海：上海科学技术文献出版社，1987.26~54· 324 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1男 5年 N 以 4 纹特别 敏感 , 并 且 与钢 中的氢量有很 密 切的 关系 ; 钢 中存 在残 留应 力和微 观及 宏观应 力集 中 时 , 也容易 发生 脆性 断裂 , 所以 尽 量不要 选 用 。 b 过高 的材 料作 活塞 . 活 塞所 受 的最 大 应 力 6 ~ 一 般 不 超 过 Zo N / m Z , 以 此 为拉 压 疲 劳 极 限 份 一 , IYL ; 除 以 加 载 因 子 q = (0 .8) 得 a[ 一 : ] , = 2 50 N /浏2rn , 考 虑 一 定 的 安 全 系 数 , 取 CL 二 1 . 5 , 则 卜 一 l 」,w = 2 50 x 1 . 5 = 3 7 5 N加叨 2 . 由此 得 : 。 b = (【 a 一 , 】苗 一 9 4 ) / 0 . 3 8 3 = 7 3 3 . 7 N /m Z 所以 。 b ) s o N r/ un 辛 即可满 足 活塞的受 力要求 , 因此 重 点应放在提 高 其抗 冲 击 能 力 . 抗 冲击能力应满足 两 个性 能指 标 : 一 是冲击韧 性 , 另 一个是延 伸率 . 对部分国 内外 凿岩机 冲击 活 塞 的材料 性 能 进 行 了 统 计 , 得 出 冲 击 活 塞 的 选 材 原 则 : 。 、 ) s o N rI/ 皿辛 , a 、 ) 80 N · 拟俪m Z , 占5 簇 12 , 必须三 者 同时满足 . .4 2 热处理工 艺 因为 。 b 不 是 选材 时 主要考 虑 的 问题 , 因此 热 处理工 艺 的重点 应放 在提 高抗 冲击 能 力 、 耐 腐蚀性 和耐 磨性上 · 如 40C r N 迎吐。 (势5伽m m ) , 在 9 0 ℃ 正火 , 8 50 ℃ 加 热 、 油淬 · 其 回火温 度 不 同对性 能 的 影 响很大 . 其值为 : 5 0 ℃ 回火时 , a 、 = 1 19 5 N /m m , , a k = 6 8 N · 坷~ 2 ; 5 7 5 oC 回火 时 , 。 b = 1 o l O N m/ 耐 , a k = 13 7 N · m /m 早; 6 5 0 oC 回火 时 , 。 b = 8 9O N m/ m2 , a , = 17 6 N · m加mL 2 . 由于 。 b 只要 求高 于 s o N / rnYU ’ , 所 以 6 50 ℃ 回 火 即可 满 足受力要 求 , 而 a 、 值却可提高 .2 5 倍 以 上 , 提 高了活塞 的抗冲击能力 . 根 据上 述分析 , 我 们 推荐 采用 淬透性 好的 中碳低 合 金 调 质 钢作 为冲击 活塞 , 的材料 , 如 礴《X : r N 迎吐o A . 这 是 因为 , 活塞冲 击时 , 整 个 断 面 上 受 力 基 本 相 同 , 如 果淬 透 性 不 好 , 中心 部易 出现 游离铁素体 , 使 。 s 加 b 大 大降低 (即抗蠕 变性降低 ) , 工 作 时 容 易 产生 塑 性 变 型 而 失效 , 即所谓 的 “ 打堆 ” . 另外 , 由于调 质钢 可 以 采 用较 高 的回 火 温度 , 可 以 明 显 地 提 高 冲 击韧 性 , 还 可 以 消除残留应 力 . 6 结束语 冲 击活塞的 失效形式 属低 应力 脆性 断裂 , 主要 原 因是应 力集 中 和应力腐 蚀 ; 提 高寿命 的 方法 是 降低活塞硬度 , 提高 冲击 韧性 及 抗应 力腐 蚀性 能 . 参 考 文 献 1 徐小荷 . 冲击凿岩 的理论与 电算方法 . 沈 阳: 东北工学 院出版社 , 198 6 . 85 一 124 2 L ul ld be 昭 B . M 】Q 氏兀幻 m P u et r S lnj d场iot n o f R沈任洛 i ve D成吨 ntI . J R oc k M eC l l M in 陌 , 1985 , 22 : 2 13一 刀 2 3 程火金 . 应力波理 论在液压凿岩机设计 中的应用 : ! 硕士学位论 文 ] . 北京 : 北京科技大学 , 19 8 4 哪 明等 . 结 构抗疲 劳设计 . 北京 : 机械工 业 出版社 , 198 7 . 26 ~ 32 5 吴轮 中 . 机械 构件 的热处理设计 . 上海 : 上海科学技术文献 出版社 , 1987 . 26 一 义