【摘 要】
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随着国家现代化和城市化步伐的提速,地铁、市政管道、矿山等工程的建设与日俱增,盾构机是隧道工程建设的重要设备,滚刀作为盾构机重要的开挖零件,其性能的好坏直接决定了盾构机的掘进效率。盾构机挖掘隧道时,主要依靠滚刀来破岩,由于岩石地层硬度和强度高,工况复杂,使得滚刀在掘进过程中受到高磨损、强挤压和强冲击的作用,成为盾构掘进机最易损坏的零件。针对目前国产刀具硬度和强度低、耐磨性差和寿命短等问题,本文选取K
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随着国家现代化和城市化步伐的提速,地铁、市政管道、矿山等工程的建设与日俱增,盾构机是隧道工程建设的重要设备,滚刀作为盾构机重要的开挖零件,其性能的好坏直接决定了盾构机的掘进效率。盾构机挖掘隧道时,主要依靠滚刀来破岩,由于岩石地层硬度和强度高,工况复杂,使得滚刀在掘进过程中受到高磨损、强挤压和强冲击的作用,成为盾构掘进机最易损坏的零件。针对目前国产刀具硬度和强度低、耐磨性差和寿命短等问题,本文选取KX6454钢作为滚刀刀圈材料,结合Jmate Pro软件,模拟和设计该材料的退火、淬火和回火等热处理工艺参数,探究热处理过程中KX6454钢显微组织和力学性能的变化规律,不同载荷和工况下滚刀刀圈材料的摩擦磨损性能,最终得到KX6454钢的最佳热处理工艺,使滚刀能够适用于硬岩地层,提高国产滚刀刀具的寿命,降低工程施工成本。首先,通过Jmate Pro软件模拟得到KX6454钢的TTT和CCT曲线,模拟KX6454钢冷却过程和回火过程中显微组织和力学性能的变化。为KX6454钢热处理工艺的制定提供理论依据。论文研究了KX6454钢锻造处理后退火工艺、淬火处理后回火温度对显微组织和力学性能的影响。得到KX6454钢的最终热处理工艺:首先进行870℃×3h和730℃×2h完全退火后,在1150℃下保温1h后进行油冷,最后在550℃下保温2h进行回火处理。KX6454钢的性能为:硬度61.0HRC、冲击吸收功8.3J/cm~2、抗拉强度1064MPa。其次,由于滚刀刀具需要应用在复杂的地层和岩石层中,其耐磨性是非常重要的。通过探究不同载荷和环境下滚刀刀圈材料的摩擦系数、磨损量和磨损形貌,发现在高载荷情况下,材料的磨擦系数更高,磨损量更大,分别达到0.49和1.0222g,水环境下的摩擦磨损,由于水的润滑作用,有效的降低了材料的摩擦系数（0.44）和磨损量（0.9420g）。不同载荷和工况下滚刀刀圈的磨损以磨粒磨损和黏着磨损为主,疲劳磨损为辅,水环境下存在轻微的腐蚀磨损。最后将生产的刀具在实际施工过程中进行应用,根据刀具磨损和更换情况,并与其它国产刀具进行对比,表明KX6454滚刀刀圈具有优异的耐磨损性能,满足硬岩地层的掘进需求。本论文有图53幅,表5个,参考文献107篇
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