大型矿山挖掘机斗齿磨损失效分析与耐磨方案
目前我国在矿山设计和制造过程中由于受传统习惯的影响及对摩擦学研究不够深入，不能将当今国内外先进的抗磨技术和耐磨材料及时应用于矿山机械设计和制造，造成我国矿山机械易磨损件的使用寿命远远低于国外先进水平。
为了提高矿山机械的使用寿命，降低机件的磨损，必须了解摩擦学原理，运用摩擦学的知识对矿山机械易磨损件进行失效分析，掌握磨损类型和原理，然后根据实际情况，改进设计，合理选材，采用合理的抗磨工艺。
1工况条件
挖掘机斗齿是悬臂梁结构，工作时靠齿尖插入物料堆中，再转动把料装入铲斗，斗齿在刚与物料接触时有一定冲击，装入物料过程中要承受弯矩，整个在服役过程中发生磨损。
斗齿的磨损被国内外学者归于凿削式磨料磨损一类，实际上由于斗齿的工况条件差异，挖掘机型号不同，斗齿的磨损差别很大，其使用寿命长则数月，短则只有几天。大型矿山挖掘机的工况条件尤为恶劣，斗齿消耗量很大。当斗齿接触矿石时，有一个冲击作用，斗齿插入矿石堆时，矿石在齿面上滑动，矿石的棱角切削或犁削基材表面，这种磨损属高冲击，高应力滑动磨料磨损。矿石越硬，块度越大，冲击速度越高，斗齿磨损越快。恶劣的工作条件，不仅要求斗齿应具有很高的硬度和耐磨性，还要求在冲击及悬臂受力下具有不弯曲不折断的强韧性。
2斗齿磨损失效分析
大型矿山挖掘机斗齿主要用高锰钢制造，国外大多数国家也用高锰钢制造，也有用合金钢制造。一般认为，高锰钢只有在强烈冲击作用下，表面才产生加工硬化层，表现出较高的耐磨性。当矿石硬度低，度块小或者斗齿插入矿石速度不高时，表面不能产生很强的加工硬化层，这时，高锰钢的优良耐磨性就表现不出来。
失效斗齿宏观形貌可以看出，材料与矿石相互作用时，矿石的棱角在齿面上形成较深的磨沟及斗齿与矿石撞击形成的撞击坑。观察发现，斗齿表面形成相当厚的变形层，而且可以发现金属折迭在磨损表面上而发生严重的塑性变形层，其组织呈纤维状。
磨损亚表层形貌可以看出，在磨沟较深的亚表层出现了白亮层，又称为绝热剪切层，其硬度高，耐腐蚀性好，但属于较脆的的薄层。白亮层容易产生裂纹，加速机件的破坏，所以是不希望得到的组织。
综上所述，锰钢高锰钢斗齿失效主要表现为磨秃，磨沟较深，发生脆裂掉块和表面开裂。
抗磨措施
根据以上分析可知，理想的大型矿山挖掘机斗齿材料表面应具有很高的硬度和耐磨性，基体本身应具有很高的强度和韧性。为此，可以通过改进设计，合理地选择材料和采用表面抗磨新工艺，以提高斗齿的使用寿命。
磨损失效受结构的影响很大，包括整机的结构和零件的结构。对于零件的形状尺寸与磨损失效方面的实例很多，如4立方米电铲斗齿长期以来寿命一直很低，造成大量钢材被磨耗，影响了工效，如何提高其耐磨性一直是许多厂矿公司所关心的问题。有的改变原斗齿形状，斗齿的上下面挖出一长槽，将这部分金属放在齿尖部位，加长了斗齿的长度，增加了有效磨损金属的数量，改变了矿石与零件表面接触时的力流状况，从而增加了耐磨性。另外，还可以更进一步改变原一个长槽为若干个圆孔，这样既能达到以上目的，又能改善因开长槽出现的应力集中现象。
装在斗轮式挖掘机斗唇上的斗齿角度和斗齿的形状对其使用寿命也有影响，如果斗齿底面与所切割的煤层，矿岩之间的夹角太大，则斗齿工作时因承受过高的弯曲冲击应力而容易折断。如果夹角太小，则整个齿面与磨料相对运动而磨损，磨料在齿面划出长长的磨沟，材料流失多只有在某一精准角度条件下，斗齿才有一锐利的自磨刃形成，一方面减少设备的能耗，另一方面也减少其磨损。
对表面进行耐磨堆焊处理高锰钢或低炭合金钢本身具有很高的强韧性，用它来作挖掘机斗齿能满足强韧性的要求，如果在其表面上再堆焊一层高硬度的耐磨合金层，就可以获得表面耐磨而又不易折断的理想斗齿。
优化制造工艺合理的设计，正确的选材如果没有恰当的生产工艺，热处理工艺的保证，也会使易磨损件早期失效。制造斗齿时要保证铸造质量和热处理质量，钢基体与硬块之间的复合质量，钢基体与堆焊层的堆焊质量等。铸造工艺中需要注意浇注温度，开箱时间，硬块在镶铸部分的容积比及热处理规范的正确选择等，这样才能使斗齿在保证不发生断裂的前提下获得良好的耐磨性。
分析了斗齿磨损失效的具体原因，通过改进设计，合理选材和表面处理等措施，可较大幅度提高斗齿的使用寿命。
