CN103205633B - 一种高耐磨平地机刀片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高耐磨平地机刀片及其制备方法，其元素组成及重量百分比分别为：C：0.25～0.27%，Al：0.4～0.6%，Mn：0.8～1%，W：1.5～2%，Si-B-C-N纳米非晶粒子：0.5～0.7%，B：≤0.0032%，P：≤0.015%，S：≤0.015%，余量为Fe。制备方法为：电炉炼钢，铁水脱硫磷，转炉顶底复合吹炼，真空脱气处理，冲入法压入Si-B-C-N纳米非晶粒子，浇铸刀片板坯，刀片板坯降温至1250～1270℃保温1～2小时，降温至960～980℃油淬，300℃回火后速冷，得到平地机刀片。本发明具有优良的强度、韧性和硬度匹配，耐磨性较65Mn刀片提高两倍以上，并且制备方法简便，成本低，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计制造领域，具体涉及一种高耐磨平地机刀片及制备方法。
背景技术
平地机刀片是平地机的主要工作装置，通过与其它辅助装置配合进行土方切削、刮送和整平作业，还可进行砂石、砾石和路基路面修整作业，以及进行材料回填、推移和摊平作业。
平地机刀片作业时，承受的冲击载荷不大，为了提高刀片的使用寿命，要求刀片用钢在具有合理强度和冲击韧性的前提下具有更高的硬度。目前常用的刀片用钢有85号碳钢、30MnB钢和65Mn钢。65Mn钢刀片通过淬火热处理表面硬度达到HRC40～55。然而，为了提高刀片耐磨性和寿命，硬度需要进一步提高。公开号为CN1920187A的中国发明专利公开了一种平地机刮刀的制造方法，其通过钢水压铸、淬火热处理来提高刀片的耐磨性能。然而，压铸模具成本较高。公开号为CN1669726A的中国发明专利公开了一种高耐磨平地机刀片制造方法，其通过对刀片进行离子注渗钨和渗碳淬火处理来提高耐磨性能。离子注渗碳化钨层厚度1～2mm、表面硬度HRC56～60。然而，离子注渗钨工艺复杂、成本高、生产效率低。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明要解决的技术问题在于提供一种高耐磨平地机刀片及其制备方法，本发明提供的高耐磨平地机刀片具有良好的强度、韧性和硬度匹配，能够提高刀片耐磨性和使用寿命，且制备方法简便、成本低、生产效率高。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种高耐磨平地机刀片，该高耐磨平地机刀片的材料以重量百分比计，由如下成分组成：C：0.25～0.27%，Al：0.4～0.6%，Mn：0.8～1%，W：1.5～2%，Si-B-C-N纳米非晶粒子：0.5～0.7%，B：≤0.0032%，P：≤0.015%，S：≤0.015%，余量为Fe，所述的高耐磨平地机刀片按照如下工序制备：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.25～0.27%、Al：0.4～0.6%、Mn：0.8～1%、W：1.5～2%、B：≤0.0032%、P：≤0.015%、S：≤0.015%、余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼、RH真空脱气处理，用冲入法压入重量百分比为0.5～0.7%的Si-B-C-N纳米非晶粒子，在钢水温度为1640～1670℃时出炉；
2）在预热温度为480～500℃的蜡模壳内浇铸平地机刀片板坯，平地机刀片板坯铸件降温至1500℃的时间控制在18～20分钟；
3）当平地机刀片板坯铸件降温至1250～1270℃时保温1～2小时；
4）当平地机刀片板坯铸件降温至960～980℃时，连同蜡模壳一起放入油中淬火，破碎蜡模壳，300℃时回火后速冷，得到平地机刀片。
所述的高耐磨平地机刀片的材料，以重量百分比计，其优选成分为：C：0.25%，Al：0.6%，Mn：1%，W：1.5%，Si-B-C-N纳米非晶粒子：0.7%，B：0.0032%，P：0.01%，S：0.009%，余量为Fe。
所述Si-B-C-N为不大于100nm的非晶粒子。
一种高耐磨平地机刀片的制备方法，具体制备工序如下：
1）以重量百分比计，将成分为：C：0.25～0.27%、Al：0.4～0.6%、Mn：0.8～1%、W：1.5～2%、B：≤0.0032%、P：≤0.015%、S：≤0.015%、余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼、RH真空脱气处理，用冲入法压入重量百分比为0.5～0.7%的Si-B-C-N纳米非晶粒子，在钢水温度为1640～1670℃时出炉；
2）在预热温度为480～500℃的蜡模壳内浇铸平地机刀片板坯，平地机刀片板坯铸件降温至1500℃的时间控制在18～20分钟；
3）当平地机刀片板坯铸件降温至1250～1270℃时保温1～2小时；
4）当平地机刀片板坯铸件降温至960～980℃时，连同蜡模壳一起放入油中淬火，破碎蜡模壳，300℃时回火后速冷，得到平地机刀片。
本发明通过加入适当含量的C元素和强碳化物形成元素W，热处理时形成碳化钨弥散析出，提高该钢的硬度；通过加入Mn元素进行固溶强化以及增加淬透性，提高强度和冲击韧性；通过加入Al元素，细化晶粒，减少钢中气体和夹杂，提高该钢的强度和冲击韧性；Si-B-C-N为由Si、B、C和N形成的非晶粒子，能够抑制铸造过程中的晶粒长大，其同时具有较高的硬度和较低的摩擦系数，能够提高该钢的强度特别是硬度和耐磨减磨性能。所述Si-B-C-N优选为纳米级非晶粒子，进一步地优选为不大于100nm的非晶粒子。本发明对所述Si-B-C-N的来源没有特殊限制，市售的产品即可，优选西北有色金属研究院生产的Si-B-C-N；通过保温铸造消除铸造缺陷，通过蜡模壳预热提高刀片成型性能和外观质量。
本发明的有益效果：本发明制备方法制备的高耐磨平地机刀片具有良好的强度、韧性和硬度匹配，且其性能达到抗拉强度1150～1200MPa，延伸率10～12%，硬度HRC60～61，25℃冲击功31～32J。本发明具有优良的强度、韧性和硬度匹配，耐磨性较65Mn刀片提高两倍以上。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，需要指出的是本发明的技术方案不限于以下具体实施例。
实施例1
一种高耐磨平地机刀片，以重量百分比计，该高耐磨平地机刀片的材料由如下成分组成：C：0.25%，Al：0.6%，Mn：1%，W：1.5%，Si-B-C-N纳米非晶粒子：0.7%，B：0.0032%，P：0.01%，S：0.009%，余量为Fe；所述的高耐磨平地机刀片的制备步骤如下：
1）以重量百分比计，将成分为C：0.25%、Al：0.6%、Mn：1%、W：1.5%、B：0.0032%、P：0.01%、S：0.009%、余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼、RH真空脱气处理，用冲入法压入重量百分比为0.7%的Si-B-C-N纳米非晶粒子，在钢水温度为1670℃时出炉；
2）在预热温度为500℃的蜡模壳内浇铸平地机刀片板坯，平地机刀片板坯铸件降温至1500℃的时间控制在20分钟；
3）当平地机刀片板坯铸件降温至1270℃时保温2小时使碳化物充分弥散析出；
4）当平地机刀片板坯铸件降温至980℃时，连同蜡模壳一起放入油中淬火，破碎蜡模壳，300℃时回火后速冷，得到平地机刀片。
实施例2
一种高耐磨平地机刀片，以重量百分比计，该高耐磨平地机刀片的材料由如下成分组成：C：0.26%，Al：0.5%，Mn：0.9%，W：1.7%，Si-B-C-N纳米非晶粒子：0.6%，B：0.003%，P：0.015%，S：0.009%，余量为Fe；所述的高耐磨平地机刀片的制备方法如下：
1）以重量百分比计，将成分为C：0.26%、Al：0.5%、Mn：0.9%、W：1.7%、B：0.003%、P：0.015%、S：0.009%、余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼、RH真空脱气处理，用冲入法压入重量百分比为0.6%的Si-B-C-N纳米非晶粒子，在钢水温度为1650℃时出炉；
2）在预热温度为490℃的蜡模壳内浇铸平地机刀片板坯，平地机刀片板坯铸件降温至1500℃的时间控制在19分钟；
3）当平地机刀片板坯铸件降温至1260℃时保温1.5小时使碳化物充分弥散析出；
4）当平地机刀片板坯铸件降温至970℃时，连同蜡模壳一起放入油中淬火，破碎蜡模壳，300℃时回火后速冷，得到平地机刀片。
实施例3
一种高耐磨平地机刀片，以重量百分比计，该高耐磨平地机刀片的材料由如下成分组成：C：0.27%，Al：0.4%，Mn：0.8%，W：2%，Si-B-C-N纳米非晶粒子：0.5%，B：0.003%，P：0.009%，S：0.015%，余量为Fe；所述的高耐磨平地机刀片的制备方法如下：
1）以重量百分比计，将成分为C：0.27%、Al：0.4%、Mn：0.8%、W：2%、B：0.003%、P：0.009%、S：0.015%、余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼、RH真空脱气处理，用冲入法压入重量百分比为0.5%的Si-B-C-N纳米非晶粒子，在钢水温度为1640℃时出炉；
2）在预热温度为480℃的蜡模壳内浇铸平地机刀片板坯，平地机刀片板坯铸件降温至1500℃的时间控制在18分钟；
3）当平地机刀片板坯铸件降温至1250℃时保温1小时使碳化物充分弥散析出；
4）当平地机刀片板坯铸件降温至960℃时，连同蜡模壳一起放入油中淬火，破碎蜡模壳，300℃时回火后速冷，得到平地机刀片。
表1为实施例1、实施例2、实施例3制备的平地机刀片的抗拉强度、25℃的冲击功硬度、延伸率以及在相同工况下使用时与65Mn刀片耐磨性对比的性能测试结果。
表1平地机刀片性能测试结果
从上表中可以看出，本发明方法制备的平地机刀片具有良好的抗拉强度、冲击功、硬度和延伸率，耐磨性较现有的65Mn刀片提高2倍以上。
Claims (4)
1.一种高耐磨平地机刀片，其特征在于，该高耐磨平地机刀片的材料以重量百分比组成：C：0.25～0.27％，Al：0.4～0.6％，Mn：0.8～1％，W：1.5～2％，Si-B-C-N纳米非晶粒子：0.5～0.7％，B：≤0.0032％，P：≤0.015％，S：≤0.015％，余量为Fe；
该高耐磨平地机刀片按照如下工序制备：
1)以重量百分比计，将成分为：C：0.25～0.27％、Al：0.4～0.6％、Mn：0.8～1％、W：1.5～2％、B：≤0.0032％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼、RH真空脱气处理，用冲入法压入重量百分比为0.5～0.7％的Si-B-C-N纳米非晶粒子，在钢水温度为1640～1670℃时出炉；
2)在预热温度为480～500℃的蜡模壳内浇铸平地机刀片板坯，平地机刀片板坯铸件降温至1500℃的时间控制在18～20分钟；
3)当平地机刀片板坯铸件降温至1250～1270℃时保温1～2小时；
4)当平地机刀片板坯铸件降温至960～980℃时，连同蜡模壳一起放入油中淬火，破碎蜡模壳，300℃时回火后速冷，得到平地机刀片。
2.如权利要求1所述的高耐磨平地机刀片，其特征在于，所述的高耐磨平地机刀片的材料重量百分比为：C：0.25％，Al：0.6％，Mn：1％，W：1.5％，Si-B-C-N纳米非晶粒子：0.7％，B：0.0032％，P：0.01％，S：0.009％，余量为Fe。
3.如权利要求1所述的高耐磨平地机刀片，其特征在于，所述的Si-B-C-N纳米非晶粒子为不大于100nm的非晶粒子。
4.一种高耐磨平地机刀片的制备方法，其特征在于，具体工序如下：
1)以重量百分比计，将成分为：C：0.25～0.27％、Al：0.4～0.6％、Mn：0.8～1％、W：1.5～2％、B：≤0.0032％、P：≤0.015％、S：≤0.015％、余量为Fe的钢水脱硫，进行转炉顶底复合吹炼、RH真空脱气处理，用冲入法压入重量百分比为0.5～0.7％的Si-B-C-N纳米非晶粒子，在钢水温度为1640～1670℃时出炉；
2)在预热温度为480～500℃的蜡模壳内浇铸平地机刀片板坯，平地机刀片板坯铸件降温至1500℃的时间控制在18～20分钟；
3)当平地机刀片板坯铸件降温至1250～1270℃时保温1～2小时；
4)当平地机刀片板坯铸件降温至960～980℃时，连同蜡模壳一起放入油中淬火，破碎蜡模壳，300℃时回火后速冷，得到平地机刀片。
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