超耐磨合金激光熔覆，助力盾構(gòu)機刀圈強化再升級，讓掘進更高效

隨著軌道交通行業(yè)的迅猛發(fā)展，盾構(gòu)機作為一種隧道挖掘機，起到了至關重要的作用。盾構(gòu)機主要包括了前盾、中盾、尾盾、刀盤及其他附件，而刀盤相當于“排頭兵”，具有開挖功能、穩(wěn)定功能及攪拌功能，是名副其實的核心部件。同時，滾刀對刀盤的使用又起到了功不可沒的作用。滾刀安裝在其前端，通過推力使其緊貼巖石表面，刀盤旋轉(zhuǎn)時，滾刀一邊隨著刀盤旋轉(zhuǎn)，一邊圍繞自身軸心進行旋轉(zhuǎn)。施工時，若盾構(gòu)機推力小于巖石強度，會在巖石表面切出一系列同心圓溝槽；當盾構(gòu)機推力大于巖石本身強度時，巖石會被直接切碎。盾構(gòu)機破巖原理是將刀刃插入巖石，使巖石表面呈現(xiàn)放射性裂紋，隨后給滾刀施加推力，相鄰滾刀間巖石的裂紋就會延伸，從而變成碎片崩落，破巖完成。

滾刀由刀體、刀圈、擋圈、端蓋、軸承五大部分組成，刀圈是加熱到100～200℃安裝到刀體上。在盾構(gòu)機施工硬巖或上軟下硬、上硬下軟等復合地層時，中心滾刀在該類地層掘進中磨損較快，而在上軟下硬地層中，滾刀偏磨現(xiàn)象比較常見，因此，刀圈屬于極易磨損件，超過磨損量閾值后則需要進行更換。而盾構(gòu)機開倉更換易損件屬于危大工程范疇，風險高、技術要求高以及工作強度大，同時，也會大大提升生產(chǎn)周期及成本。因此，提高刀圈的使用壽命可大大減少更換次數(shù)，降低人力、物力的消耗，節(jié)約成本，也進一步保障生產(chǎn)安全及周期可控，在工程實踐中具有重要的意義。

為了提高刀圈的使用壽命，目前普遍采用在刀圈工作區(qū)域表面沉積耐磨材料，一般選擇HRC55高硬度的材料，然后，通過激光熔覆技術在表面獲得一層較硬的耐磨層。而由于目前常用的熔覆材料種類及加工工藝技術差異化明顯，實際獲得的產(chǎn)品質(zhì)量也良莠不齊，往往存在熔覆層耐磨性能差、產(chǎn)品使用壽命短，甚至出現(xiàn)使用中掉塊、開裂等現(xiàn)象，因此，在實際應用中取得的改善效果并不明顯。

我司針對盾構(gòu)機刀圈目前的使用工況，為某中鐵旗下客戶研制了適用于刀圈表面改性的超耐磨合金材料，可以兼顧超高硬度及結(jié)合面超高韌性兩大優(yōu)勢。同時，針對刀圈結(jié)構(gòu)，優(yōu)化激光熔覆路徑，將超耐磨合金材料送入高能量密度的激光作用區(qū)中，使超耐磨合金材料迅速熔化并與刀圈基體形成冶金結(jié)合，使得在刀圈表面獲取一層結(jié)合強度高的超耐磨合金層，并形成了完善的刀圈表面激光熔覆強化工藝規(guī)范，進一步提升刀圈激光熔覆批量制造穩(wěn)定性。

我司開發(fā)的新型復合粉末為鐵基粉末及具有超高硬度的第二相所構(gòu)成，第二相最高硬度可達到HV2600-3200，因此，該硬質(zhì)相的加入可大大提升熔覆層的整體硬度。同時，經(jīng)過對不同比例粉末進行多次反復的試驗研究，發(fā)現(xiàn)復合粉末在一定比例時得到的超高耐磨合金層可同時滿足高硬度及結(jié)合面高韌性兩大優(yōu)勢，整體性能最佳。對熔覆層進行微觀分析，發(fā)現(xiàn)其中的硬質(zhì)相比例達到了70%，耐磨層的平均硬度為HRC64以上，遠遠高于基材的硬度，真正做到了內(nèi)里強韌外表超耐磨。

使用了我司超耐磨合金的刀圈產(chǎn)品在盾構(gòu)機掘進工作中得到大量使用，據(jù)現(xiàn)場技術人員的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，超耐磨合金刀圈的平均使用壽命比傳統(tǒng)刀圈提升一倍以上，施工效率明顯提升，大幅降低了工程人員的工作量。目前我司配備多臺刀圈激光熔覆平臺，可實現(xiàn)批量的刀圈熔覆加工。而且我司在現(xiàn)有的技術上，針對不同的巖層環(huán)境，結(jié)合客戶反饋數(shù)據(jù)，不斷進行材料性能優(yōu)化，進一步完善刀圈激光熔覆工藝數(shù)據(jù)庫，力爭將刀圈的品質(zhì)不斷提升，服務更多的施工單位。