采用GCr15SiMn為齒體材料的截齒熱處理工藝的制作方法
本發(fā)明涉及采掘機(jī)械用截齒的生產(chǎn)加工技術(shù)領(lǐng)域,具體是一種采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝。
背景技術(shù):
采掘機(jī)械用截齒是采掘機(jī)械上的關(guān)鍵部件,也是消耗量很大、很容易損壞的部件。截齒通常包括截齒齒體和硬質(zhì)合金頭兩部分組成,硬質(zhì)合金頭釬焊在截齒齒體端部。截齒使用過程中,其作業(yè)的環(huán)境非常惡劣,截齒要承受高壓應(yīng)力、剪切力、沖擊載荷、與礦層進(jìn)行劇烈摩擦等,使得截齒齒頭很容易被磨損,尤其是截齒齒體頂部磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致截齒齒體頭部直徑快速減小至失去對硬質(zhì)合金頭根部的保護(hù)和支撐作用,硬質(zhì)合金頭突出而脫落,使得硬質(zhì)合金頭在未被完全磨損的情況下截齒提前失效,非正常報廢,使截齒壽命大幅縮短,增加開采成本,影響生產(chǎn)效率,因此提高截齒齒體的耐疲勞性、耐磨性對提高采掘機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)率,增加生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益,具有積極的意義。
為提高截齒齒體的耐磨性,傳統(tǒng)上截齒齒體常選用中低碳合金鋼材料,對其進(jìn)行常規(guī)熱處理或在截齒齒體表面堆焊一層耐磨焊條來增加耐磨性,效果不明顯。其它表面處理工藝如表面噴涂、表面合金化、熔敷等,也都存在不同程度的缺陷,如等離子噴涂或超音速噴涂工藝,工藝方法復(fù)雜,生產(chǎn)效率低,成本高,噴涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低,容易脫落,容易使截齒齒體脆性增加,韌性降低,導(dǎo)致綜合機(jī)械性能降低。
gcr15simn是使用比較廣泛的軸承鋼。其特點(diǎn)在于經(jīng)過淬火處理后的最高硬度可以達(dá)到65hrc以上。具有很好的耐磨性。但在高硬度時,其脆性較大,抗沖擊性能較差,外力沖擊下容易發(fā)生斷裂。因此僅靠高硬度條件下的高耐磨性能,無法滿足截齒的使用要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝,對齒體進(jìn)行淬火和高溫回火熱處理,處理后齒體的整體硬度為36~40hrc;對齒體表面局部或全部區(qū)域,特別是齒體頂部的表面,即齒體的頂部用于保護(hù)硬質(zhì)合金齒頭部分的周側(cè)外表面進(jìn)行等離子弧表面淬火處理,硬度達(dá)到63~67hrc;齒體頂部表面的硬化層硬度高,表面光潔且處于壓應(yīng)力狀態(tài),具有良好的耐疲勞、耐磨損性能,對截齒齒頭有非常好的保護(hù)作用,可有效提高截齒的使用壽命。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝,其特征在于:具體包括以下步驟:
(1)、選用gcr15simn作為齒體材料;
(2)、先將齒體坯料通過熱鍛加工成型得到齒體毛坯,然后進(jìn)行正火、球化退火處理,然后采用機(jī)械加工的方法將齒體毛坯加工到指定尺寸得到齒體,然后對齒體進(jìn)行淬火和高溫回火處理;
(3)、在經(jīng)上述處理后的齒體的頂端加工出鑲嵌孔,通過釬焊的方式將硬質(zhì)合金頭焊接在齒體頂端的鑲嵌孔中,得到截齒;
(4)、對截齒齒體局部或全部的表面進(jìn)行等離子弧表面淬火處理,具體為:
(41)、使截齒與等離子弧發(fā)生器發(fā)生預(yù)設(shè)軌跡的相對運(yùn)動;
(42)、在截齒與等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生相對運(yùn)動的過程中,確定合適的等離子弧表面淬火處理工藝參數(shù),使得等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生的等離子弧作用于截齒齒體所需要淬火的表面,進(jìn)行快速加熱,將該表面金相組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成奧氏體組織,整個加熱過程中不能熔化,在依靠自身快速冷卻后,形成馬氏體組織,即形成硬化層,實(shí)現(xiàn)對該表面的硬化;最終,通過等離子弧發(fā)生器與截齒之間的相對運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)截齒齒體局部或全部表面的硬化。
所述的采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝,其特征在于:所述的淬火和高溫回火處理,淬火處理的加熱溫度為835℃~845℃,保溫時間為1小時,油冷;高溫回火處理的加熱溫度為550℃~600℃,回火時間為2小時;處理后齒體的整體硬度為36~40hrc。
所述的采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝,其特征在于:所述的等離子弧表面淬火處理工藝參數(shù)包括等離子弧發(fā)生器的工作電流為60a~140a,以及等離子弧發(fā)生器與截齒之間相對運(yùn)動的線速度為0.5m/min~5m/min。
所述的采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝,其特征在于:所述硬化層的硬度為62~65hrc,硬化深度為0.4~3mm。
所述的采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝,其特征在于:所述等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生的等離子弧作用于截齒齒體所需要淬火的表面的任意一點(diǎn)上,進(jìn)行快速加熱,加熱時間均不大于6秒。
本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明對截齒齒體(gcr15simn)進(jìn)行淬火和高溫回火熱處理,可使截齒(gcr15simn)獲得良好的強(qiáng)塑性配合。
2、本發(fā)明對齒體表面局部或全部區(qū)域,特別是齒體頂部的表面,即齒體的頂部用于保護(hù)硬質(zhì)合金齒頭部分的周側(cè)外表面進(jìn)行等離子弧表面淬火處理,硬化層硬度為63~67hrc,硬化層深度為0.4~3mm,直接在截齒齒體被淬火表面形成一層致密的高硬度、耐磨硬化層;硬化層硬度在硬化層深度范圍內(nèi)均維持表面的高硬度值,無硬度梯度。
3、進(jìn)行等離子弧表面淬火處理處理后,齒體頂部的表面光潔,摩擦系數(shù)低,且處于壓應(yīng)力狀態(tài),提高了齒體的耐疲勞性能。
4、本發(fā)明相對于其它表面淬火處理工藝,具有節(jié)約能源、工藝簡潔、操作方便的特點(diǎn);且工藝過程采用等離子弧熱源,設(shè)備緊湊,維護(hù)方便,有利于技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
圖2為本發(fā)明中截齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為實(shí)施例中的硬度分布圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1,一種采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝,具體包括以下步驟:
(1)、選用gcr15simn作為齒體材料;
(2)、先將齒體坯料通過熱鍛加工成型得到齒體毛坯,然后進(jìn)行正火、球化退火處理,然后采用機(jī)械加工的方法將齒體毛坯加工到指定尺寸得到齒體,然后對齒體進(jìn)行淬火和高溫回火處理;
(3)、在經(jīng)上述處理后的齒體的頂端加工出鑲嵌孔,通過釬焊的方式將硬質(zhì)合金頭焊接在齒體頂端的鑲嵌孔中,得到截齒;
(4)、對截齒齒體局部或全部的表面進(jìn)行等離子弧表面淬火處理,具體為:
(41)、使截齒與等離子弧發(fā)生器發(fā)生預(yù)設(shè)軌跡的相對運(yùn)動;
(42)、在截齒與等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生相對運(yùn)動的過程中,確定合適的等離子弧表面淬火處理工藝參數(shù),使得等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生的等離子弧作用于截齒齒體所需要淬火的表面,進(jìn)行快速加熱,將該表面金相組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成奧氏體組織,整個加熱過程中不能熔化,在依靠自身快速冷卻后,形成馬氏體組織,即形成硬化層,實(shí)現(xiàn)對該表面的硬化;最終,通過等離子弧發(fā)生器與截齒之間的相對運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)截齒齒體局部或全部表面的硬化。
本發(fā)明中,淬火和高溫回火處理,淬火處理的加熱溫度為835℃~845℃,保溫時間為1小時,油冷;高溫回火處理的加熱溫度為550℃~600℃,回火時間為2小時;處理后齒體的整體硬度為36~40hrc。
等離子弧表面淬火處理工藝參數(shù)包括等離子弧發(fā)生器的工作電流為60a~140a,以及等離子弧發(fā)生器與截齒之間相對運(yùn)動的線速度為0.5m/min~5m/min。
硬化層的硬度為62~65hrc,硬化深度為0.4~3mm。
等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生的等離子弧作用于截齒齒體所需要淬火的表面的任意一點(diǎn)上,進(jìn)行快速加熱,加熱時間均不大于6秒。
如圖2所示,本發(fā)明的原理為:1為硬質(zhì)合金齒頭,2為gcr15simn截齒齒體。首先加工gcr15simn截齒齒體2,gcr15simn截齒齒體坯料經(jīng)熱鍛加工成型得到齒體毛坯,再經(jīng)正火、球化退火處理后,采用機(jī)械加工的方法將齒體毛坯加工到指定尺寸,得到齒體2,然后對齒體2進(jìn)行淬火和高溫回火處理,處理后齒體2的整體硬度為36~40hrc。在齒體2頂端加工出硬質(zhì)合金齒頭鑲嵌孔,通過釬焊方式將硬質(zhì)合金齒頭1焊接在齒體2頂端的鑲嵌孔中。焊接牢固后,對齒體2表面局部或全部區(qū)域,特別是頂部的局部或全部表面,即圖2中的a區(qū)(也即齒體2的頂部用于保護(hù)硬質(zhì)合金齒頭1部分的周側(cè)外表面,下同)進(jìn)行等離子弧表面淬火處理,使a區(qū)的硬度達(dá)到63~67hrc,硬化深度為0.4~3mm。
對gcr15simn齒體進(jìn)行淬火和高溫回火處理,可使gcr15simn齒體獲得良好的強(qiáng)塑性配合。等離子弧為高能密度熱源,當(dāng)?shù)入x子弧作用于截齒齒體表面時,使截齒齒體局部快速加熱,溫度急劇升高到材料相變溫度以上,隨后通過截齒基體的快速熱傳導(dǎo)散熱,使得加熱部分快速冷卻,相變溫度以上的區(qū)域形成晶粒細(xì)小的馬氏體組織,進(jìn)而形成一定深度的高硬度硬化層。經(jīng)等離子弧表面淬火處理的截齒齒體,由于快速加熱快速冷卻的作用機(jī)制,與常規(guī)熱處理相比,得到的硬化層硬度更高,變形小,表面處于壓應(yīng)力狀態(tài);處理時表面的最高溫度在熔化溫度以下,處理后表面光潔,摩擦系數(shù)小,因此經(jīng)等離子弧表面淬火處理的截齒表面耐磨性、耐疲勞性好,工作穩(wěn)定,使用壽命長。gcr15simn截齒綜合運(yùn)用鍛造后正火、球化退火處理,機(jī)械加工后淬火和高溫回火處理,以及等離子弧表面淬火處理工藝,可大幅提高gcr15simn截齒的綜合性能,進(jìn)而大幅提高了截齒的使用壽命。
應(yīng)用舉例如下:
截齒齒體材料:gcr15simn。淬火和高溫回火熱處理參數(shù)為:淬火加熱溫度為840℃,保溫時間1小時;高溫回火加熱溫度為600℃,回火時間為2小時,處理后齒體的整體硬度為38.5~40hrc;等離子弧淬火處理參數(shù):工作電流125a,等離子弧發(fā)生器與截齒之間相對運(yùn)動的線速度為0.6m/min。
處理后采用線切割方法沿截齒軸向方向切下窄條,制作試樣采用200hv-5型小負(fù)荷維氏硬度計檢測硬度,檢測的順序從試樣表面開始,每隔0.2mm測量一個硬度值,測量結(jié)果如表一所示,硬度分布圖如圖3所示。硬化層的硬度值為813~848hv1,根據(jù)gb/t1172-1999標(biāo)準(zhǔn)換算,硬化層的硬度值為64.7~66hrc,硬化層深度超過2.0mm。
表一