案例解析：一臺露天挖掘機(jī)斗齒在使用過程中由于嚴(yán)重磨損而早期失效，針對該批斗齒，分析了斗齒表面的失效形式和失效原因，并提出了改進(jìn)措施。

挖掘機(jī)斗齒是挖掘機(jī)上的重要部件，也是易損件，是由齒座和齒尖組成的組合斗齒，二者靠銷軸連接。由于斗齒磨損失效部分是齒尖，只要更換具尖即可。

一、失效形式

挖掘機(jī)斗齒在不同的工作條件下服役受到不同程度的磨損和沖擊而發(fā)生不同程度、不同形式的失效。該斗齒在正常工作條件下僅使用3天（大約36h左右）便失效，無論從經(jīng)濟(jì)角度還是從使用角度，都不合乎要求。從該批失效件的宏觀照片可見，挖掘機(jī)斗齒前工作表面有較明顯的犁溝狀劃痕，尖部有少量的塑性變形，沒有裂紋，前工作面（與地面接觸的面）最薄，約4mm，后工作面約為8mm。

二、分析與討論

（1）受力分析 斗齒工作面與被挖掘物相接觸，在一個完整的挖掘過程中不同的工作階段其受力情況不同。齒尖部位首先接觸物料表面時，由于速度較快，斗齒尖部分受到較強(qiáng)烈的沖擊。若斗齒的屈服強(qiáng)度低，將會在尖部產(chǎn)生塑性變形。隨著挖掘深度的加大，斗齒受力情況會有所改變。當(dāng)斗齒切割物料時，斗齒與物料發(fā)生相對運(yùn)動，在表面產(chǎn)生很大的正擠壓力，從而在挖掘機(jī)斗齒工作面和物料之間產(chǎn)生較大的摩擦力。如果物料為較硬的巖石塊、混凝土等，摩擦力將是很大的。這個過程反復(fù)作用的結(jié)果在斗齒工作面產(chǎn)生不同程度的表面磨損，進(jìn)而產(chǎn)生深度較大的犁溝。前工作面的正壓力明顯大于后工作面，前工作面磨損嚴(yán)重，可以判斷出正壓力和摩擦力是挖掘機(jī)斗齒失效的主要外部力學(xué)因素，在失效產(chǎn)生的過程中起主要作用。

（2）工藝分析 分別從前、后工作面各取兩個試樣，磨平進(jìn)行硬度測試。發(fā)現(xiàn)同一塊試樣上硬度差別很大，初步判斷是材質(zhì)不均勻。將試樣進(jìn)行磨制、拋光、腐蝕，發(fā)現(xiàn)每件試樣上都存在明顯界線，只是界線部位不同。從宏觀看，周圍呈淺灰色，中間部分顏色較暗，說明該件很可能是鑲鑄件，從表面上看，被包圍起來的部分也應(yīng)該是鑲塊。在HRS-150數(shù)顯洛氏硬度計和MHV-2000數(shù)顯顯微硬度計上對界線兩側(cè)分別進(jìn)行硬度測試，發(fā)現(xiàn)差別明顯（見表1）。通過以上分析證實(shí)該斗齒是鑲塊結(jié)構(gòu)。其中封閉部分是鑲塊，周圍部分是基體。二者的成分接近，以Cr、Mn、Si等元素進(jìn)行合金化，其主要合金成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為0.38C、0.91Cr、0.83Mn、0.92Si。金屬材料的力學(xué)性能取決于材料的成分及熱處理工藝。成分相近而硬度存在差異，說明斗齒在鑄造后沒有經(jīng)過熱處理即投入使用。后面的組織觀察也證明了這一點(diǎn)。

（3）組織分析 金相觀察表明，基體主要是黑色細(xì)片狀組織，鑲塊組織由白色塊狀和黑色細(xì)片兩部分組成，且遠(yuǎn)離截面區(qū)域白色塊狀組織較多，進(jìn)一步的顯微硬度試驗(yàn)證明，白色塊狀組織為鐵素體，黑色細(xì)片狀組織為屈氏體或屈氏體和珠光體的混合組織。鑲塊中大塊鐵素體的形成與焊接熱影響區(qū)中部分相變區(qū)的形成類似。受鑄造過程中金屬液熱作用，該區(qū)域處于奧氏體和鐵素體兩相區(qū)，在該區(qū)域鐵素體充分長大，其組織形態(tài)保持到室溫。由于挖掘機(jī)斗齒壁比較薄，且鑲塊體積較大，鑲塊中心部分溫度低，沒有形成大塊鐵素體。

（4）性能分析 通過在MLD-10磨損試驗(yàn)機(jī)上的磨損試驗(yàn)表明，基體和鑲塊在小沖擊磨粒磨損試驗(yàn)條件下的耐磨性均比淬火45鋼好。同時基體和鑲塊的耐磨性存在差異，基體比鑲塊耐磨。基體和鑲塊兩側(cè)的成分接近，可見斗齒中鑲塊主要是起到冷鐵的作用。在鑄造過程中細(xì)化基體晶粒，提高其強(qiáng)度和耐磨性。由于鑲塊受鑄造熱的影響產(chǎn)生類似焊接熱影響區(qū)的組織，沒有起到增強(qiáng)耐磨性的作用。若在鑄造后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硪愿纳苹�體及鑲塊的組織，將明顯提高挖掘機(jī)斗齒的耐磨性和使用壽命。

三、結(jié)論

（1）該斗齒材料為低合金耐磨鋼，用于斗齒是比較合適的。但由于沒有經(jīng)過必要的熱處理，挖掘機(jī)斗齒組織不均勻，鑲塊沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用，斗齒的整體耐磨性差，導(dǎo)致早期失效。

（2）建議鑄造成型后，對鑄件進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼�火，以改善組織和性能，提高使用壽命。對鑄件進(jìn)行合理的熱處理后，在相同的工況條件下，斗齒的使用壽命提高了近2倍、創(chuàng)新的技術(shù)理念、高產(chǎn)能的輸出比，逐步成為鑄造行業(yè)的領(lǐng)航者！