一種新型耐磨斗齒及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種耐磨斗齒，包括齒尖和基體部分，基體部分的前端固定安裝有多根相互平行的齒尖，齒尖的材料為合金鋼，基體部分的材料為球墨鐵，齒尖長(zhǎng)7-9cm，露出基體部分3cm。每個(gè)齒尖都被基體部分大范圍的包裹，增加了齒尖與基體部分之間的接觸面積，提高了齒尖與基體部分的結(jié)合力。該斗齒在低成本下仍然具有高耐磨性和高硬度。
【專利說(shuō)明】一種新型耐磨斗齒及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種挖掘機(jī)械用新型耐磨斗齒及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]斗齒通常裝在挖掘機(jī)械的前端，為懸臂梁結(jié)構(gòu)件，工作時(shí)靠齒尖接觸物料并轉(zhuǎn)動(dòng)把物料裝入鏟斗。斗齒接觸物料時(shí)要承受物料的沖擊作用，裝入物料過(guò)程中又要承受一定的彎矩作用，斗齒在與物料的接觸以及裝載過(guò)程中必然要發(fā)生磨損。當(dāng)斗齒接觸礦石時(shí)，礦石的棱角常常切削斗齒表面，導(dǎo)致表面常出現(xiàn)各種變形，造成表面磨損而脫落。使用過(guò)程中頻繁更換損壞的斗齒必然降低效率，增加設(shè)備和人工成本，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此開(kāi)發(fā)性能高、壽命長(zhǎng)、同時(shí)成本低的耐磨斗齒已引起廣泛關(guān)注，對(duì)于設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行也有著重要的意義。 [0003]目前使用的耐磨斗齒材料主要為高錳鋼和各種低合金鋼。高錳鋼常溫下為奧氏體組織，韌性好且在使用中加工硬化作用強(qiáng)。在強(qiáng)烈沖擊載荷及高擠壓應(yīng)力下，工件表面可實(shí)現(xiàn)α馬氏體相變而得到充分強(qiáng)化。但同時(shí)，高錳鋼起始硬度低，故耐磨性能較差。低合金鋼中合金元素含量低，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，經(jīng)過(guò)合適的熱處理后表現(xiàn)出優(yōu)良的強(qiáng)度和耐磨性能，克服了高錳鋼那樣必須預(yù)先加工硬化才能獲得高硬度的缺點(diǎn)，正逐步成為廣泛使用的一種耐磨材料。但由于仍然加入一定量的稀有金屬，在大量使用時(shí)仍會(huì)增加使用成本。
[0004]也有在斗齒中使用不同材料的技術(shù)，但不同材料之間的可靠熔合是一個(gè)難點(diǎn)。通常由不同材料熔合形成的斗齒難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜惡劣的工作條件，在大沖擊工況中，斗齒常常由于結(jié)合強(qiáng)度不夠而損壞。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)合金在斗齒領(lǐng)域中所存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)斗齒結(jié)構(gòu)及成份的調(diào)節(jié)，對(duì)生產(chǎn)中各步驟參數(shù)的控制，獲得一種低成本、具有高硬度和高耐磨性的斗齒。
[0007]—種耐磨斗齒，包括齒尖和基體部分，基體部分的前端固定安裝有多根相互平行的齒尖，其特征在于:齒尖的材料為合金鋼，基體部分的材料為球墨鐵，齒尖長(zhǎng)7-9cm，露出基體部分3cm。
[0008]進(jìn)一步，齒尖的各成份質(zhì)量百分比為:C 0.4-0.6, Si 2.2-2.5, Mn 1.3-1.8,Nb 0.1, Ti 0.15-0.2, Ni 0.1-0.25, Al 0.12-0.15, Zn 0.15-0.2, Cr 1.5—2.1，B 0.003-0.007, S^0.02, P < 0.03，其余為Fe，基體部分的各成份質(zhì)量百分比為:C3.55-3.65, Si 2.1-2.3, Mn 0.2-0.4, Cr 0.35-0.45, Nb 0.06，Ni 0.5-0.7, Mg 0.04-0.05,Cu 0.7，Al 0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，S ≤ 0.01，P ≤ 0.01，其余為 Fe。
[0009]本發(fā)明還提供了一種制造上述耐磨斗齒的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
a、合金鋼熔煉，將用于制作齒尖的原料進(jìn)行熔煉；
b、鋼水出爐溫度約為1480-1550°C，鋼水鎮(zhèn)靜約2_3分鐘后，將1450°C_1520°C的合金鋼鋼水澆注于齒尖模具中，澆注成齒尖；
C、齒尖熱處理:按不高于70°c /h在電爐中升溫至840-890°C，保溫4h，爐冷至室溫；按不高于90°C /h升溫至810-840°C，保溫3h，齒尖出爐后在50_70°C水中，淬火至200_250°C以下；在電爐中升溫至250-300°C進(jìn)行低溫回火處理，保溫4h，出爐空冷；
d、使用中頻爐對(duì)用于生產(chǎn)基體部分的材料進(jìn)行熔煉，使中頻爐快速升溫，1.5小時(shí)內(nèi)將爐料完全熔化，保溫I小時(shí)，進(jìn)行球化處理和孕育處理，形成鐵液；
e、將加工好的齒尖進(jìn)行預(yù)熱處理，溫度400-500°C，固定于聚苯乙烯模具的底部，齒尖之間留有間隔，將鐵液澆注入已固定好齒尖的模具中；
f、脫模，將鑄好的耐磨斗齒在室溫下脫模。
[0010]進(jìn)一步的，合金鋼熔煉的具體過(guò)程為，在400Kg中頻感應(yīng)電爐中加入廢鋼，以盡快形成熔池，將NiFe、MnFe直接加到熔化的鋼水中，待鋼水熔清后加入FeSi，攪動(dòng)鋼水，待爐前成分調(diào)整合格后，溫度升至1540-1590°C ;加入除Ti和B以外的其它原料，熔煉溫度1470-15400C，將TiFe和BFe分?jǐn)喑尚K并加熱至400°C，置入鋼水進(jìn)行復(fù)合處理。
[0011]本發(fā)明將斗齒分為齒尖和基體部分兩個(gè)部分，基體部分采用球墨鐵，由于大幅降低現(xiàn)有用于制作斗齒的材料中稀有金屬的使用量而降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)，仍然保持了很高的力學(xué)性能。由于每個(gè)齒尖都被基體部分大范圍的包裹，增加了齒尖與基體部分之間的接觸面積，提高了齒尖與基體部分的結(jié)合力。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)特定成份及其含量的使用，不僅使斗齒在低成本下仍然具有高耐磨性和高硬度，同時(shí)，令人意外的是，一定量Al和Zn的使用使得由球墨鐵形成的基體部分與齒尖的結(jié)合強(qiáng)度大大提高，降低了齒尖脫落的可能，使本發(fā)明的斗齒可以適應(yīng)高沖擊工況，擴(kuò)大了斗齒可以應(yīng)用的范圍。
[0012]通過(guò)上述生產(chǎn)方法，使斗齒材料與基體部分材料更易于熔合，保證了齒尖與基體部分的結(jié)合強(qiáng)度。盡管原理尚不清楚，但通過(guò)特定成份和熔煉過(guò)程，進(jìn)一步提高了預(yù)先制作的齒尖與由球墨鐵形成的基體部分的結(jié)合強(qiáng)度，從而在提供一種高耐磨、高硬度、高韌性的長(zhǎng)壽命斗齒的同時(shí)，通過(guò)使用大量的球墨鐵而大幅降低了斗齒的生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1、本發(fā)明斗齒齒尖部位的主視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0015]一種新型耐磨斗齒，包括齒尖I和基體部分2，基體部分2的前端固定安裝有多根相互平行的齒尖1，齒尖I的材料為合金鋼，基體部分2的材料為球墨鐵，齒尖長(zhǎng)7-9cm，露出基體部分3cm。
[0016]其中，齒尖的各成份質(zhì)量百分比為:C0.4-0.6, Si 2.2-2.5, Mn 1.3-1.8, Nb 0.1,Ti 0.15-0.2，Ni 0.1-0.25，Al 0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，Cr 1.5-2.1，B 0.003-0.007，S≤0.02，P≤0.03，其余為Fe，基體部分的各成份質(zhì)量百分比為:C 3.55-3.65，Si
2.1-2.3，Mn 0.2-0.4，Cr 0.35-0.45，Nb 0.06，Ni 0.5-0.7，Mg 0.04-0.05，Cu 0.7，Al0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，S ≤0.01，P ≤0.01，其余為 Fe。[0017]在基體部分的成份設(shè)計(jì)中，C是促進(jìn)石墨化元素，可以增加石墨球數(shù)，改善石墨球圓整程度，提高沖擊韌性。但含碳量過(guò)高也容易造成缺陷，故碳的質(zhì)量百分比選擇在
3.55-3.65。胞可以提高珠光體含量，進(jìn)而提高抗拉強(qiáng)度，但當(dāng)含量過(guò)高時(shí)易產(chǎn)生偏析，顯著提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，降低球墨鐵的塑性及韌性，因此，將Mn的質(zhì)量百分比控制在0.2-0.4。
[0018]在齒尖的成分設(shè)計(jì)中，Si在貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中具有強(qiáng)烈抑制碳化物析出特點(diǎn)，并穩(wěn)定和細(xì)化奧氏體，增加C、Mn的偏聚，除了提高鋼的淬透性、耐磨性以及屈服強(qiáng)度外，還能保持很好的沖擊韌性和斷裂韌性。Mn、Ni和B均為強(qiáng)增加淬透性元素，可充分提高厚件斗齒淬透性及抗沖擊韌性。Mn能夠提高合金鋼中貝/馬氏體含量和降低鋼的相變點(diǎn)而使組織細(xì)化，但當(dāng)Mn含量過(guò)高時(shí)，組織中大部分為板條馬氏體，從而導(dǎo)致韌性惡化。在本發(fā)明中Mn的加入量為1.3-1.8 (wt) %。Ni和C不形成碳化物，能夠延緩?qiáng)W氏體分解轉(zhuǎn)變，對(duì)提高淬透性作用很大。另外Ni在提高鋼強(qiáng)度同時(shí)，還改善其韌性。在本發(fā)明中Ni的加入量為0.1-0.25 (wt) %。B是表面活性元素，主要存在于奧氏體晶界缺陷處，可細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)。微量B可極大提高鋼的淬透性,每1份質(zhì)量的B相當(dāng)于300份質(zhì)量的Mo。
[0019]用合金鋼制作的齒尖和用球墨鐵制作的基體部分均含有Al和Zn，且它們的含量也相同。這兩種物質(zhì)的使用使齒尖和基體部分更加容易熔合，提高了齒尖和基體部分之間的結(jié)合力，從而極大延長(zhǎng)了斗齒的使用壽命。
[0020]一種制造上述耐磨斗齒的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
a、合金鋼熔煉，將用于制作齒尖的原料進(jìn)行熔煉；
b、鋼水出爐溫度約為1480 -1550°C，鋼水鎮(zhèn)靜約2_3分鐘后，將1450°C_1520°C的合金鋼鋼水澆注于齒尖模具中，澆注成齒尖；
C、齒尖熱處理:按不高于70°C /h在電爐中升溫至840-890°C，保溫4h，爐冷至室溫；按不高于90°C /h升溫至810-840°C，保溫3h，齒尖出爐后在50_70°C水中，淬火至200_250°C以下；在電爐中升溫至250-300°C進(jìn)行低溫回火處理，保溫4h，出爐空冷；
d、使用中頻爐對(duì)用于生產(chǎn)基體部分的材料進(jìn)行熔煉，使中頻爐快速升溫，1.5小時(shí)內(nèi)將爐料完全熔化，保溫I小時(shí)，進(jìn)行球化處理和孕育處理，形成鐵液；
e、將加工好的齒尖進(jìn)行預(yù)熱處理，溫度400-500°C，固定于聚苯乙烯模具的底部，齒尖之間留有間隔，將鐵液澆注入已固定好齒尖的模具中；
f、脫模，將鑄好的耐磨斗齒在室溫下脫模。
[0021]實(shí)施例1
齒尖的各成份質(zhì)量百分比為:c 0.4，Si 2.2，Mn 1.8，Nb 0.1，Ti 0.15，Ni 0.25，Al0.12，Zn 0.2, Cr 2.1，B 0.007，S < 0.02，P < 0.03，其余為Fe ;基體部分的各成份質(zhì)量百分比為:C 3.55，Si 2.1, Mn 0.4, Cr 0.45，Nb 0.06，Ni 0.7，Mg 0.04，Cu 0.7，Al 0.12，Zn0.2，S ≤ 0.01，P ≤0.01，其余為 Fe。
[0022]實(shí)施例2
齒尖的各成份質(zhì)量百分比為:c 0.5，Si 2.3，Mn 1.5，Nb 0.1，Ti 0.18，Ni 0.18，Al0.13，Zn 0.19，Cr 1.9，B 0.005，S ^ 0.02, P ^ 0.03，其余為 Fe ;基體部分的各成份質(zhì)量百分比為:C 3.6，Si 2.2，Mn 0.3，Cr 0.4，Nb 0.06，Ni 0.6，Mg 0.043，Cu 0.7，Al 0.13，Zn 0.19，S ≤ 0.01，P ≤ 0.01，其余為 Fe。
[0023]實(shí)施例3齒尖的各成份質(zhì)量百分比為:c 0.6，Si 2.5，Mn 1.3，Nb 0.1, Ti 0.2，Ni 0.1, Al
0.15，Zn 0.15，Cr 1.5，B 0.003，S ^ 0.02, P ^ 0.03，其余為 Fe ;基體部分的各成份質(zhì)量百分比為:C 3.65，Si 2.3, Mn 0.2, Cr 0.35，Nb 0.06，Ni 0.5, Mg 0.05，Cu 0.7, Al 0.15，Zn 0.15，S ≤ 0.01，P ≤ 0.01，其余為 Fe。
[0024]實(shí)施例4-6
實(shí)施例4-6的各成份質(zhì)量百分比分別與實(shí)施例1-3相同，不同之處在于，生產(chǎn)方法中合金鋼熔煉按以下過(guò)程進(jìn)行:在400Kg中頻感應(yīng)電爐中加入廢鋼，以盡快形成熔池，將NiFe、MnFe直接加到熔化的鋼水中，待鋼水熔清后加入FeSi，攪動(dòng)鋼水，待爐前成分調(diào)整合格后，溫度升至1540-1590°C;加入除Ti和B以外的其它原料，熔煉溫度1470_1540°C，將TiFe和BFe分?jǐn)喑尚K并加熱至40(TC，置入鋼水進(jìn)行復(fù)合處理。
[0025]物理實(shí)驗(yàn)證明，上述三種典型配比的斗齒經(jīng)熱處理后，具備了高強(qiáng)度、高硬度和優(yōu)異的抗沖擊韌性。實(shí)施例1-6中的斗齒不僅具有優(yōu)異的耐磨性能，而且在強(qiáng)度、硬度、抗沖擊韌性等方面均優(yōu)于由改進(jìn)型高錳鋼或40Cr鋼制作的斗齒，實(shí)施例1-3連續(xù)工作不失效時(shí)間比由改進(jìn)型高錳鋼或40Cr鋼制作的斗齒略高，而實(shí)施例4-6連續(xù)工作不失效時(shí)間優(yōu)于實(shí)施例1-3。
[0026]本發(fā)明方案所公開(kāi)的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開(kāi)的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種耐磨斗齒，包括齒尖和基體部分，基體部分的前端固定安裝有多根相互平行的齒尖，其特征在于:齒尖的材料為合金鋼，基體部分的材料為球墨鐵，齒尖長(zhǎng)7-9cm，露出基體部分3cm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨斗齒，其特征在于:齒尖的各成份質(zhì)量百分比為:C 0.4-0.6，Si 2.2-2.5，Mn 1.3-1.8，Nb 0.1，Ti 0.15-0.2，Ni 0.1-0.25，Al 0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，Cr 1.5-2.1, B 0.003-0.007，S ≤ 0.02，P ≤ 0.03，其余為 Fe ;基體部分的各成份質(zhì)量百分比為:C 3.55-3.65，Si 2.1-2.3，Mn 0.2-0.4，Cr 0.35-0.45，Nb 0.06，Ni0.5-0.7，Mg 0.04-0.05，Cu 0.7，Al 0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，S ≤ 0.01，P≤ 0.01，其余為Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種耐磨斗齒，其特征在于:包括以下生產(chǎn)步驟: a、合金鋼熔煉，將用于制作齒尖的原料進(jìn)行熔煉； b、鋼水出爐溫度約為1480-1550°C，鋼水鎮(zhèn)靜約2_3分鐘后，將1450°C_1520°C的合金鋼鋼水澆注于齒尖模具中，澆注成齒尖； C、齒尖熱處理:按不高于70°C /h在電爐中升溫至840-890°C，保溫4h，爐冷至室溫；按不高于90°C /h升溫至810-840°C，保溫3h，齒尖出爐后在50_70°C水中，淬火至200_250°C ；在電爐中升溫至250-300°C進(jìn)行低溫回火處理，保溫4h，出爐空冷； d、使用中頻爐對(duì)用于生產(chǎn)基體部分的材料進(jìn)行熔煉，使中頻爐快速升溫，1.5小時(shí)內(nèi)將爐料完全熔化，保溫I小時(shí)，進(jìn)行球化處理和孕育處理，形成鐵液； e、將加工好的齒尖進(jìn)行預(yù)熱處理，溫度400-500°C，固定于聚苯乙烯模具的底部，齒尖之間留有間隔，將鐵液澆注入已固定好齒尖的模具中； f、將鑄好的耐磨斗齒在室溫下脫模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種耐磨斗齒，其特征在于:所述生產(chǎn)方法中合金鋼熔煉的具體過(guò)程為，在400Kg中頻感應(yīng)電爐中加入廢鋼，以盡快形成熔池，將NiFe、MnFe直接加到熔化的鋼水中，待鋼水熔清后加入FeSi，攪動(dòng)鋼水，待爐前成分調(diào)整合格后，溫度升至1540-1590°C ;加入除Ti和B以外的其它原料， 熔煉溫度1470_1540°C，將TiFe和BFe分?jǐn)喑尚K并加熱至40(TC，置入鋼水進(jìn)行復(fù)合處理。
【文檔編號(hào)】C22C33/04GK103614661SQ201310548623
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】徐雪明 申請(qǐng)人:寧波宇翔機(jī)械鑄造有限公司