TBM廣泛應用于地下工程和隧道施工,在城市化進程和經(jīng)濟建設中有重要的地位。盤形滾刀作為TBM切削巖石的刀具,其工作環(huán)境十分惡劣,是整機失效概率最大的零部件。TBM盤形滾刀的質(zhì)量和壽命嚴重影響了整機的工作效率與成本。熱處理是能夠改變滾刀性能與壽命最重要的工藝之一,而國內(nèi)外關于盤形滾刀熱處理工藝數(shù)值模擬方面的研究相對較少。因此,對盤形滾刀的熱處理工藝進行仿真分析,研究工藝參數(shù)對滾刀刀圈性能的影響規(guī)律有著重要的意義。目前,國外滾刀刀圈制造技術相對成熟,具有耐磨性好、壽命長等優(yōu)點。研究國外刀圈和國產(chǎn)刀圈之間的性能差別,對改進國產(chǎn)刀圈制造工藝、提高國產(chǎn)刀圈質(zhì)量以及降低對國外刀圈的依賴程度有著重要的意義。本文選擇了TBM滾刀常用材料H13作為熱處理仿真材料,建立了熱處理過程溫度和組織轉(zhuǎn)變的數(shù)學模型。根據(jù)反向熱傳導思想,計算了淬火過程中H13與75SN冷卻油之間表面換熱系數(shù),為后續(xù)的熱處理仿真提供了可靠的邊界條件。之后,利用DEFORM軟件對H13刀圈的熱處理工藝進行了仿真分析,并進行了實驗驗證;研究了淬火和回火溫度對刀圈組織場和應力場的影響規(guī)律,結(jié)果表明在1030℃淬火+550℃回火下,滾刀能夠得到較好的組織性能。另外,本文對比研究了兩種國外刀圈和兩種國產(chǎn)刀圈的化學成分、力學性能、金相組織以及表面殘余應力。結(jié)果表明:與國外刀圈相比,國產(chǎn)刀圈的C和Cr含量較高,而Mo含量較低;國產(chǎn)刀圈的韌性低于國外刀圈,國內(nèi)外刀圈的表面硬度相差很小,而國產(chǎn)刀圈的心部硬度相對高2~3HRC;國產(chǎn)刀圈的表面殘余壓應力比國外刀圈高約100MPa。根據(jù)國內(nèi)外刀圈性能的差異,建議適當降低國產(chǎn)刀圈成分中的C含量,提高Mo和Ni含量;提高國產(chǎn)刀圈的韌性,降低國產(chǎn)刀圈心部硬度,增大其表面至心部的硬度梯度;適當降低國產(chǎn)刀圈的表面殘余應力。
【學位單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：U455.3

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