超粗晶硬質(zhì)合金在盾構(gòu)刀具上的利用

超粗晶硬質(zhì)合金在盾構(gòu)刀具上的應(yīng)用摘要：隨著國內(nèi)盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)越來越廣泛應(yīng)用于各地鐵、市政和地下管網(wǎng)等工程建設(shè)，硬質(zhì)合金作為盾構(gòu)軟土刀具的關(guān)鍵原材料，其性能和壽命決定著盾構(gòu)硬質(zhì)合金刀具的壽命，也決定著整個工程的掘進效率和經(jīng)濟效益。通過理論研究及工程實踐證明：一方面，硬質(zhì)合金耐磨性與刀具的壽命呈正相關(guān)關(guān)系；另一方面，高脆性刀具在高沖擊、高強度的地質(zhì)條件下更易斷裂。從導(dǎo)熱性、彈性模量、耐磨性等方面，對常用硬質(zhì)合金YG13C與超粗晶硬質(zhì)合金ZJ01C的性能進行對比分析，通過工程實踐證明采用超粗晶硬質(zhì)合金制造的盾構(gòu)刀具表現(xiàn)出了更好的抗沖擊性能及耐磨性。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；超粗晶；硬質(zhì)合金；抗崩性1引言盾構(gòu)施工具有機械化程度高、施工速度高、安全性高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于地鐵、隧道、水電等重大工程[1]。盾構(gòu)機是衡量一個國家裝備制造業(yè)水平和能力高低最具代表性的重大關(guān)鍵裝備之一[2]，而盾構(gòu)刀盤及刀具是隧道掘進機掘進的關(guān)鍵配套工具，其性能和壽命制約著整個工程的掘進效率。盾構(gòu)刀盤按照其結(jié)構(gòu)形式和刀具設(shè)置通常有三種形式[3]：軟土刀盤：在軟土和砂層掘進，全部刀具都為硬質(zhì)合金切削刀；復(fù)合刀盤：在砂土及巖層共同分布的地層掘進，刀具由滾刀和硬質(zhì)合金切削刀共同組成；硬巖刀盤：在純巖層掘進，刀具由滾刀和耐磨刮板組成。軟土刀盤及復(fù)合刀盤都安裝硬質(zhì)合金刮刀，在掘進過程起的作用分別體現(xiàn)為：對于軟土刀盤：起著刮削和擾動土體，使之進入土倉的作用；對于復(fù)合刀盤：掘進過程中，滾刀將完整的掌子面進行滾壓破碎，硬質(zhì)合金刮刀負責(zé)將已產(chǎn)生裂紋的，尚未完全剝落的巖石從掌子面刮削下來，并使之進入土倉。硬質(zhì)合金刮刀失效的形式主要有硬質(zhì)合金崩裂、硬質(zhì)合金脫落（見圖1）、硬質(zhì)合金磨損到極限等。通過大量工程實踐發(fā)現(xiàn)，真正磨損到極限的刀具占所有失效刀具的比例大致為50%左右。硬質(zhì)合金崩裂占硬質(zhì)合金刮刀失效比例的35%左右，硬質(zhì)合金脫落占所有刮刀損壞比例的15%左右。由此可見：硬質(zhì)合金崩裂所占的比例之大，這部分硬質(zhì)合金都白白地浪費掉了，沒有發(fā)揮正常的作用。更為嚴重的是這部分刀具失去了刮削作用，會造成盾構(gòu)機扭矩增大，掘進速度開始下降等一系列問題，因此提高硬質(zhì)合金的韌性和抗崩性能是很有必要的。圖1硬質(zhì)合金崩裂2常用硬質(zhì)合金及性能盾構(gòu)機切削刀在工作中，受到巖土的磨損和巖石的不斷沖擊，對盾構(gòu)刀用硬質(zhì)合金的要求為：（1）較高的耐磨性。盾構(gòu)刮刀在切削巖土過程中要受到來自巖土的強力磨損，石英含量越高，磨損越厲害，現(xiàn)從硬質(zhì)合金磨損機理來研究提高硬質(zhì)合金耐磨性的渠道。表1硬質(zhì)合金磨損機理爪序號聯(lián)磨損倉類型站磨損妙機理絕1構(gòu)粘著壺磨損當材料谷的相論互作揉用是刮主要饞因素棍。粘病著磨硬損的護過程肆實際驗上是蟲摩擦疤副雙溫方間條原子討鍵的井形成影（顯誓微熔蟲接）木和分屈離過擺程。裹2圈磨料償磨損去硬顆眾粒或原硬突鑄起引甲起摩鏟擦表氧面破危壞，度分離漠出屑建或形眨成擦胳傷的祝過程好。譯3勝疲勞提磨損呢摩擦旅副材絨料微御體積麗受循婦環(huán)接址觸應(yīng)鑼力，喬產(chǎn)生容重復(fù)帽變形潮，導(dǎo)章致裂攤紋和被分離伸出微娃片或論顆粒庸的過飲程。均粘著擋磨損敲：遷兩接萍觸表揭面局宵部的感粘著歡使材衰料由縱一表浴面轉(zhuǎn)陣移到植另一躍表面鋒所引泊起的貿(mào)磨損調(diào)。輔圖通2犧稈粘著捎磨損弟磨料叨磨損逝：硬源顆粒棗或硬傍凸起勵與材騾料產(chǎn)劍生相輕對運邪動，程引起矮的材袍料損掘傷。我當磨卵粒的技形狀講與運涂動方跡向合趁適，者有利惑于切軟削時盼，磨壽粒在催切向禁力的態(tài)作用映下，低在料屋表面室刮起昏一層差薄片晴，形屑成一筑次切歇削，灑脫離符材料咐表面盜。這便種切侮削溝插的寬剃度和令深很茫小，活切屑陣也非者常小之。興圖得4辦面磨料延磨損革疲勞臣磨損肥：表燭面微歌觀部割分受千循環(huán)老變應(yīng)望力產(chǎn)涌生重船復(fù)變游形恰廢導(dǎo)致蚊裂紋推形成遣，最陰終使套表面怪產(chǎn)生患破損歲，包君括熱拘疲勞壽磨損唇等。宅圖典5嘩更疲勞壇磨損盈陵輪梨從硬熔質(zhì)合彩金施鬼工工駱況及吩最終內(nèi)硬質(zhì)皇合金蓋磨損頁狀況呼可以淘得知摘硬質(zhì)勾合金駕磨損宵形式格主要賣為粘罵著磨朗損及叫磨料缸磨損協(xié)。意（傷2宇）良爹好的真沖擊劇韌性辟。當幅遇到睬巖土鮮中夾稻雜有宜大量沾大粒賺徑卵翼石、章大型斯漂石尋，裂厚隙發(fā)搞育巖酸層及鞠軟硬多不均撤地層魚時，財?shù)毒邞褧舛涫芫匏愦蟮南箾_擊萍，要舊求硬厲質(zhì)合所金能具承受暗一定驢的沖奴擊，除避免掘刀具割因硬尼質(zhì)合交金碎促裂而雪發(fā)生合失效旗。玩目前已盾構(gòu)蕉刀常筋用的限硬質(zhì)族合金仗牌號義主要婚是綢YG展11值C徹及圾YG田13維C母，這潤主要醒得益線于含矮鈷量換適中構(gòu)，兼典顧耐聲磨性避及抗軍沖擊那性拘[1寄-4葛]捷，其坐硬質(zhì)皇合金居參數(shù)隱性能里見烘表參2妄。蜻表乘2驗錢麥常用疼硬質(zhì)悉合金漲參數(shù)看表鳥牌號滅密租度理g/任cm噸3野硬度奸（李HR辨A?。┣翱箯澔@強潤度僑N/嬸mm廉2篇YG汽11料C故14勉.犁3鮮～教14筆.5唉≥礙87道.5輪26昆50同YG浴13脈C米14賽.貿(mào)1都～尤14諒.3跟≥訊86博28侵00慎由表蜘格可品以看捐出隙，覺YG絕11雖C觸牌號逼的硬免質(zhì)合拉金耐俯磨性彈較好靠，菌而稠YG肯13毅C筒牌號手的硬釣質(zhì)合休金，捆其抗訴沖擊扯韌性徒較好犁，我口們一我般在之較軟畫地層背（巖灶石單浩軸抗炮壓強徐度低章于曲5啞0揮兆帕爺以下賣）采狠用爐YG喬11璃C衛(wèi)牌號吵硬質(zhì)攪合金飽，在低較硬者地層泡（巖注石單賀軸抗榮壓強寧度低綱于翻5尸0凡兆帕遞以下束）或即者強能沖擊罵地層剃，采攪用進YG耐13畝C積牌號沉硬質(zhì)志合金挖。檢3飾洗超粗趁晶硬夾質(zhì)合男金性燃能及寨應(yīng)用掃機理士武裂隙欠發(fā)育護，軟劉硬不擠均以量及含翁孤石預(yù)漂石著地層灑對盾劣構(gòu)刮億刀有討著巨菜大破親壞作婚用。搶它使饒得刀吉具的望刃口奪部位抬瞬間納受到斧極大堅的剪聯(lián)切應(yīng)馬力和境沖擊喊荷載要，導(dǎo)山致合具金崩誘裂和偏斷裂勾，同止時刀膜具在轉(zhuǎn)與巖蔑石不駛斷地挎摩擦殘的過鍛程中凱，不陜可避賺免的淘產(chǎn)生汁熱量藏，硬盟質(zhì)合摔金處磚于不李斷地斥升降船溫循制環(huán)中史，合則金表類面出巖現(xiàn)熱芬疲勞去裂紋尖，隨朗著裂數(shù)紋不振斷擴遮展，攝最終最導(dǎo)致食硬質(zhì)皺合金壓出現(xiàn)贊裂紋具，刀道具損墓壞。算盾構(gòu)壟刀具劣切刀胃失效鳥的主攔要機灰理為鐵沖擊某、沖排擊?？顒谝园图盁岢势谠O(shè)裂紋存。因義此，但對盾伐構(gòu)刀書切削取刀具聲用硬灶質(zhì)合吉金提偏出的昨要求壇就是恢：高透沖擊呼韌性狠，高爺導(dǎo)熱權(quán)性，卷低熱紙膨脹虛系數(shù)若，以斃保證憶最小爪的熱堆裂紋額長大史速率厲，良北好的?？蛊Ｋ巹跊_嗓擊特扁性。給高鈷域含量抄硬質(zhì)瞇合金便具有情更好家的抗腳彎強少度和且斷裂捐韌性江，但深是鈷辦具有得較低讓的熱亡導(dǎo)率弟和高粘熱膨昂脹系揉數(shù)，挨在不蠢斷進出行的拒的溫蝦變循寇環(huán)中刊，極鋼易產(chǎn)嶺生熱碼疲勞古裂紋胞，不孫利于惡硬質(zhì)量合金稠抗裂倍性能離的提墓高，硬因而影作為館高沖凝擊硬誰質(zhì)合口金，腫鈷含瞞量應(yīng)濃保持文在一氏個適反當水哪平。罩研究處發(fā)現(xiàn)也：通飾過愉對蒜W吵C憲的晶擇粒尺株寸進攔行控寨制，艦采用衛(wèi)提高拔硬質(zhì)煎合金勝晶粒澡度的下辦法炊可以緒達到苦改善皂硬質(zhì)段合金頂?shù)目股鯖_擊帝性能石[5惹]鉆，同具時可刑適當參降低決鈷含朱量，辯以達賀到提掌高硬疊質(zhì)合羽金導(dǎo)顯熱性艷，降教低熱輔膨脹怪系數(shù)襯的目帆的。屬粗晶賺硬質(zhì)邀合金患可相柳對提沸高鈷富層厚偵度，雜提高壩鄰接薦度，后因此蝦硬質(zhì)膊合金特的抗朗彎強猾度與更斷裂療韌性插將會掌有明缸顯提賀高。達另外容，粗寬晶合弟金的算紅硬陰性比本細晶賠合金具高得珍多，釀受溫印度影雪響硬升度下鉆降更型少，匆因而貞耐磨胸性也桿更好襖。陽株洲而鉆石適鉆掘滅工具啟有限尚公司謊針對差盾構(gòu)好刀具提的工鳴況特言點及工盾構(gòu)歷掘進西技術(shù)柔發(fā)展不的需查求，扶聯(lián)合橡硬質(zhì)撫合金退國家稅重點確實驗睛室設(shè)柜計開益發(fā)茅了垮ZJ杜01輩C墾牌號甲的超售粗晶付硬質(zhì)茄合金雹。考老慮合噸金耐膝磨性配和韌雹性的眾平衡垂，歐在豆W液C詳晶粒膛大幅跌增大勇的情木況下撒，適序當降債低合沙金鈷鴉含量岸，我收們研宣制的坦硬質(zhì)奔合金飼材質(zhì)季設(shè)計奪為鈷晚含量貿(mào)為情10甚冊%暢，晶株粒咬度喬8.村0蠻μ灣m應(yīng)；針回對夾世雜有跪大量摩堅硬繼巖層濕的合哨金材管質(zhì)設(shè)利計為烈鈷含點量恒11線.5芽%晚，晶獵?？鄱确?.桶0丈μ益m便，這妙種合射金具脹有良畜好的狼耐磨伐性、醋優(yōu)良媽的導(dǎo)盟熱性叫和低腔的熱煌膨脹速系數(shù)塞，良腸好的挎抵御行疲勞們沖擊僑性能森，性歡能明集顯優(yōu)佳于其游他常剪規(guī)結(jié)贏構(gòu)盾淋構(gòu)刀春用硬明質(zhì)合讓金。境硬質(zhì)悅合金慶參數(shù)望見下餐表吃3河。腦表固3拉楊硬質(zhì)底合金婦參數(shù)數(shù)表匆牌提號殼硬壘度劍HR廟A淘矯頑描磁猶力各kA累/m掙鈷表磁憐%眾抗彎伏強度僑W菌C縣晶蛾粒度連ZJ陣01緣C懸85之.炒0拿～野86租.5任3.閉4旋～搏5.立0雞8.拉8引～斷9.倚7名≥粉28金50醒MP麗a礦≥朽8.鏟0我μ鄭m產(chǎn)由上凝表可須以看黨出該糾型超概粗晶莫硬質(zhì)找合金賭在硬誓度方原面我與俘YG奸13輛C志幾乎筑無區(qū)慘別，環(huán)但抗些彎強絹度明識顯優(yōu)喇于化YG良13蓮C模，這屯決定天了它忙抗沖黑擊韌袋性優(yōu)允于戲YG紙13印C雁。超謊粗晶癥硬質(zhì)悅合金俯導(dǎo)熱嬌性見勇下凱表泳4摟。伯表盞4乖雖ZJ鳳01擋C證與壞YG戒13廟C亦導(dǎo)熱達性比膏較植項目襯導(dǎo)熱賽系數(shù)釀W/徐m*鬼K椅熱擴煉散系濾數(shù)懲mm敲2蛛/S梢比容千MJ蠻/m傘3*戰(zhàn)K童ZJ喬01杜C主14姐1攀43乳.1酷4靠3.能26材8帶YG技13返C展10島9.聚8春30傷.6蠅9呈3.柔57兩8姥ZJ板01潔C戒牌號火導(dǎo)熱有性早比惕YG港13棚C配牌號忽高裕28卷.4腔%律，這勾意味茂著刀桿具在扔工作校過程慢中能燙迅速桿將于疫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