CN101215670A - 一种船闸蘑菇头和蘑菇头帽及其加工方法 - Google Patents

一种船闸蘑菇头和蘑菇头帽及其加工方法 Download PDF

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许民
王建民
林江
沈伯明
谢炳康
徐斌
夏炜
杨本
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Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及到对船闸闸门底枢的蘑菇头和蘑菇头帽材料的选用和加工工艺的改进。用于船闸闸门底枢的蘑菇头所用材料为40Cr或者4Cr13，与蘑菇头配对使用的蘑菇头帽所用材料为38CrMoAlA或者QT600－3。蘑菇头采用的40Cr、4Cr13材料硬度值为HRc45，蘑菇头帽采用的38CrMoAlA材料硬度值为HV900，QT600－3材料硬度值为HV600。本发明同时提供了上述材料的加工工艺过程，将蘑菇头和蘑菇头帽材料及其表面采用合理的处理工艺，并对配对使用的蘑菇头和蘑菇头帽材料及硬度值进行合理的搭配，大大提高了摩擦副的耐磨性能，对保证船闸安全运行、延长船闸的修理周期起到了关键作用，经济效益显著。

Description

一种船闸蘑菇头和蘑菇头帽及其加工方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及到对船闸闸门底枢的蘑菇头和蘑菇头帽材料的选用和加工工艺的改进。
背景技术
船闸主要分布在干线航道上，在水上运输中起着重要的作用。随着国民经济建设的发展，水上运输量急剧增长，使得许多船闸的通过量大大地超过设计能力，船闸的开启量由原来每天30多个闸次，增加到现在的50多个闸次。船闸开启量增加的同时，也加大了船闸运转件的损耗。许多船闸由于船闸运转件故障，经常停航进行抢修，给水上运输带来严重影响。由于船闸运转件——特别是水下运转件蘑菇头和蘑菇头帽的磨损，是造成船闸停航的主要因素。因此解决蘑菇头和蘑菇头帽磨损性能的问题，成为船闸技术改造的重点。
蘑菇头和蘑菇头帽应用在人字门船闸和三角门船闸的闸门底枢部位，目前的现有技术中，蘑菇头材料采用45号钢球面堆焊不锈钢，蘑菇头帽材料采用ZQSn6-6-3锡青铜或ZQAl9-4铝青铜，材料均未进行热处理和表面处理，使用中蘑菇头帽运转5万次左右蘑菇头帽就已严重磨损，磨损量高达8mm，直接影响着船闸的安全运行。因此需要采用硬度值合理、耐磨性能好、搭配合理的材料作为蘑菇头和蘑菇头帽材料，延长零件的使用寿命，保证船闸的安全运行。
发明内容
本发明的目的是：选用硬度值合理、耐磨性能好的材料作为蘑菇头和蘑菇头帽的材料，对其表面采用合理的处理工艺，并对配对使用的蘑菇头和蘑菇头帽材料及硬度值进行合理的搭配，解决现有技术中蘑菇头帽磨损严重的问题，提高船闸运转件的耐磨性能，延长船闸运转件的使用寿命。
本发明的技术方案是：一种用于船闸闸门底枢的蘑菇头和蘑菇头帽，其特征在于：蘑菇头所用材料为40Cr或者4Cr13，与蘑菇头配对使用的蘑菇头帽所用材料为38CrMoAlA或者QT600-3。蘑菇头采用的40Cr、4Cr13材料硬度值为HRc45，蘑菇头帽采用的38CrMoAlA材料硬度值为HV900，QT600-3材料硬度值为HV600。
本发明同时提供了上述材料的加工工艺过程，其中加工硬度值为HRc45的40Cr、4Cr13蘑菇头包括以下次序的工艺步骤：(1)锻；(2)去应力退火；(3)车床加工留余量；(4)调质处理HB240；(5)数控车床精车；(6)球表面淬火HRc45：感应加热到860℃～880℃之间保温5～10分钟，出炉后立即放入油或水中快速冷却；(7)抛光。
加工硬度值为HV900的38CrMoAlA蘑菇头帽包括以下次序的工艺步骤：(1)锻；(2)去应力退火；(3)车床粗加工；(4)调质处理HB240；(5)车床精加工；(6)抛光；(7)球表面氮化处理HV900：在氮化炉中200℃～250℃之间预热2～3小时，随炉升温至515℃±10℃保温25小时，再随炉升温至550℃±10℃保温40小时，退氮2小时，炉冷至200℃以下出炉在空气中冷却；(8)抛光。
加工硬度值为HV600的QT600-3蘑菇头帽包括以下次序的工艺步骤：(1)铸；(2)正火HB220；(3)车床粗加工；(4)调质处理HB240；(5)车床精加工；(6)球表面氮化处理HV600：在氮化炉中200℃～250℃之间预热2～3小时，随炉升温至560℃±10℃，氨分解率保持30％左右，保温25小时，同样温度下，氨分解率保持50％左右，保温60小时，炉冷至200℃以下出炉在空气中冷却；(7)抛光。
本发明的有益效果是：本发明将蘑菇头和蘑菇头帽材料及其表面采用合理的处理工艺，并对配对使用的蘑菇头和蘑菇头帽材料及硬度值进行合理的搭配，大大提高了摩擦副的耐磨性能，使人字门和三角门船闸底枢蘑菇头和蘑菇头帽摩擦副能实现运转十五万次的使用性能，磨损量控制在1-2mm之间，对保证船闸安全运行，延长船闸的大修理周期起到了关键作用，所产生的经济效益和社会效益非常显著。
附图说明
图1为蘑菇头和蘑菇头帽安装位置图，其中1为蘑菇头，2为蘑菇头帽，3为闸门门体，4为闸门底枢部分。
图2为蘑菇头结构示意图。
图3为蘑菇头帽结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。将蘑菇头和蘑菇头帽选择多种材料、采用不同的热处理工艺和表面处理工艺、以及采用不同的硬度值分别进行配对试验，得出以下几组耐磨性能较好的人字门船闸及三角门船闸的蘑菇头、蘑菇头帽摩擦副使用材料：
实施例1：蘑菇头采用锻40Cr球表面淬火HRc45，蘑菇头帽采用38CrMoAlA球面渗氮HV900。
所用40Cr材料的化学成分为：C含量0.37～0.44％，Si含量0.17～0.37％，Mn含量0.50～0.80％；Cr含量0.80～1.10％。
所用38CrMoAlA材料的化学成分为：C含量0.35～0.42％，Si含量0.20～0.45％，Mn含量0.30～0.60％；Cr含量1.35～1.65％，Mo含量0.15～0.25％；Al含量0.70～1.10％。
蘑菇头采用锻40Cr工艺要求为：锻→去应力退火→车床加工留余量→调质处理HB240→数控车床精车→球表面淬火HRc45：感应加热到860℃～880℃之间保温5～10分钟，出炉后立即放入油或水中快速冷却。→抛光。
蘑菇头帽采用38CrMoAlA工艺要求为：锻→去应力退火→车床粗加工→调质处理HB240→车床精加工→抛光→球表面氮化处理HV900：在氮化炉中200℃～250℃之间预热2～3小时，随炉升温至515℃±10℃保温25小时，再随炉升温至550℃±10℃保温40小时，退氮2小时，炉冷至200℃以下出炉在空气中冷却→抛光。
实施例2：蘑菇头采用4Cr13球表面淬火HRc45，蘑菇头帽采用38CrMoAlA球面渗氮HV900。
所用38CrMoAlA材料的化学成分为：C含量0.35～0.42％，Si含量0.20～0.45％，Mn含量0.30～0.60％；Cr含量1.35～1.65％，Mo含量0.15～0.25％；Al含量0.70～1.10％。
所用4Cr13材料的化学成分为：C含量0.36～0.45％，Si含量≤0.60％，Mn含量≤0.80％；P含量≤0.035％，S含量≤0.030％；Cr含量12.0～14.0％。
蘑菇头采用4Cr13工艺要求为：锻→去应力退火→车床加工留余量→调质处理HB240→数控车床精车→球表面淬火HRc45→抛光。
蘑菇头帽采用38CrMoAlA工艺要求为：锻→去应力退火→车床粗加工→调质处理HB240→车床精加工→抛光→球表面氮化处理HV900：在氮化炉中200℃～250℃之间预热2～3小时，随炉升温至515℃±10℃保温25小时，再随炉升温至550℃±10℃保温40小时，退氮2小时，炉冷至200℃以下出炉在空气中冷却→抛光。
实施例3：蘑菇头采用锻40Cr球表面淬火HRc45，蘑菇头帽采用QT600-3球面渗氮HV600。
所用40Cr材料的化学成分为：C含量0.37～0.44％，Si含量0.17～0.37％，Mn含量0.50～0.80％；Cr含量0.80～1.10％。
所用QT600-3材料的化学成分为：C含量3.56～3.85％，Si含量1.83～2.56％，Mn含量0.49～0.70％；S含量0.016～0.045％，P含量0.035～0.058％；RxOy含量0.033～0.049％；Mg含量0.041～0.067％。
蘑菇头采用锻40Cr工艺要求为：锻→去应力退火→车床加工留余量→调质处理HB240→数控车床精车→球表面淬火HRc45→抛光。
蘑菇头帽采用QT600-3工艺要求为：铸→正火HB220→车床粗加工→调质处理HB240→车床精加工→球表面氮化处理HV600：在氮化炉中200℃～250℃之间预热2～3小时，随炉升温至560℃±10℃，氨分解率保持30％左右，保温25小时，同样温度下，氨分解率保持50％左右，保温60小时，炉冷至200℃以下出炉在空气中冷却→抛光。
在球表面氮化处理过程中，将液态氨不断注入氮化炉中，通过氮化炉的大小和炉温控制氨的分解率，从而控制惰性气体产生的比例，通过切片试验在显微镜下观察切片的金相组织，使渗氮表面层的厚度达到0.7mm左右并且不至于太硬或者太脆。
实施例4：蘑菇头采用4Cr13球表面淬火HRc45，蘑菇头帽采用QT600-3球面渗氮HV600。
所用4Cr13材料的化学成分为：C含量0.36～0.45％，Si含量≤0.60％，Mn含量≤0.80％；P含量≤0.035％，S含量≤0.030％；Cr含量12.0～14.0％。
所用QT600-3材料的化学成分为：C含量3.56～3.85％，Si含量1.83～2.56％，Mn含量0.49～0.70％；S含量0.016～0.045％，P含量0.035～0.058％；RxOy含量0.033～0.049％；Mg含量0.041～0.067％。
蘑菇头采用4Cr13工艺要求为：锻→去应力退火→车床加工留余量→调质处理HB240→数控车床精车→球表面淬火HRc45→抛光。
蘑菇头帽采用QT600-3工艺要求为：铸→正火HB220→车床粗加工→调质处理HB240→车床精加工→球表面氮化处理HV600：在氮化炉中200℃～250℃之间预热2～3小时，随炉升温至560℃±10℃，氨分解率保持30％左右，保温25小时，同样温度下，氨分解率保持50％左右，保温60小时，炉冷至200℃以下出炉在空气中冷却→抛光。
在球表面氮化处理过程中，将液态氨不断注入氮化炉中，通过氮化炉的大小和炉温控制氨的分解率，从而控制惰性气体产生的比例，通过切片试验在显微镜下观察切片的金相组织，使渗氮表面层的厚度达到0.7mm左右并且不至于太硬或者太脆。

Claims (7)

1.一种用于船闸闸门底枢的蘑菇头，其特征在于：所用材料为40Cr或者4Cr13。
2.与权利要求1所述的蘑菇头配对使用的蘑菇头帽，其特征在于：所用材料为38CrMoAlA或者QT600-3。
3.按照权利要求1所述的蘑菇头，其特征在于：所用40Cr材料或者4Cr13材料的硬度值为HRc45。
4.按照权利要求2所述的蘑菇头帽，其特征在于：所用38CrMoAlA材料的硬度值为HV900，QT600-3材料的硬度值为HV600。
5.一种加工权利要求3所述硬度值为HRc45的40Cr、4Cr13蘑菇头的方法，该方法包括以下次序的工艺步骤：
(1)锻；
(2)去应力退火；
(3)车床加工留余量；
(4)调质处理HB240；
(5)数控车床精车；
(6)球表面淬火HRc45：感应加热到860℃～880℃之间保温5～10分钟，出炉后立即放入油或水中快速冷却；
(7)抛光。
6.一种加工权利要求4所述硬度值为HV900的38CrMoAlA蘑菇头帽的方法，该方法包括以下次序的工艺步骤：
(1)锻；
(2)去应力退火；
(3)车床粗加工；
(4)调质处理HB240；
(5)车床精加工；
(6)抛光；
(7)球表面氮化处理HV900：在氮化炉中200℃～250℃之间预热2～3小时，随炉升温至515℃±10℃保温25小时，再随炉升温至550℃±10℃保温40小时，退氮2小时，炉冷至200℃以下出炉在空气中冷却；
(8)抛光。
7.一种加工权利要求4所述硬度值为HV600的QT600-3蘑菇头帽的方法，该方法包括以下次序的工艺步骤：
(1)铸；
(2)正火HB220；
(3)车床粗加工；
(4)调质处理HB240；
(5)车床精加工；
(6)球表面氮化处理HV600：在氮化炉中200℃～250℃之间预热2～3小时，随炉升温至560℃±10℃，氨分解率保持30％左右，保温25小时，同样温度下，氨分解率保持50％左右，保温60小时，炉冷至200℃以下出炉在空气中冷却；
(7)抛光。
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