CN104604368B - 一种改良犁尖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改良犁尖及其制备方法，属于机械技术领域，包括底座以及安装在底座上的连接部，连接部的一端与底座固连，另一端向外弯折延伸形成工作部，连接部的轴心线与工作部的轴心线相交形成一钝角，在连接部面朝工作部弯折的侧壁上向内凹陷形成有分土槽，分土槽由连接部延伸至工作部末端，且分土槽的两内侧壁之间的距离由连接处至工作部处逐渐减小；犁尖是由合金钢制成，具体为C0.38-0.45％，Mn0.8-1.2％，Si0.17-0.37％，Cr0.9-1.2％，Mo0.15-0.3％，S≤0.035％，P≤0.035％。该犁尖采用特定材料和加工方法制成，结构简单，抗拉强度高，耐磨性、耐腐蚀性好，使用寿命长。

Description

一种改良犁尖及其制备方法

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种改良犁尖及其制备方法，特别是一种用于深松整地的改良犁尖。

背景技术

犁是一种以翻土为主要功能并有松土、碎土作用的土壤耕作机械，通过犁尖来破碎土块并耕出槽沟，从而为播种做好准备。犁尖的形式主要有铧式犁、圆盘犁、旋转犁等类型，通常系在一组牵引它的牲畜或机动车上，也有用人力来驱动的。

目前耕作机械所使用的犁尖普遍为焊接件，焊接犁尖普遍存在尺寸精确低、强度低，安装拆卸困难的问题，在焊接时无法避免焊接变形，使犁头的互换性差；犁面位置大多数为片状结构，在同等深松深度下阻力大，不利于翻土工作的进行；此外，犁尖材料单一，其强度不够，容易变形，且犁尖的耐磨性差，大大缩短了犁尖的使用寿命。

综上所述，为解决现有用于深松整地的犁尖结构上的不足和材料单一，其强度不够，容易变形等问题，需要设计一种结构简单、深松效果好、使用寿命长的改良犁尖。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种结构简单、深松效果好、使用寿命长的改良犁尖。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种改良犁尖，包括底座以及安装在底座上的连接部，所述连接部的一端与底座固连，另一端向外弯折延伸形成工作部，所述连接部的轴心线与工作部的轴心线相交形成一钝角，在连接部面朝工作部弯折的侧壁上向内凹陷形成有分土槽，所述分土槽由连接部延伸至工作部末端，且分土槽的两内侧壁之间的距离由连接处至工作部处逐渐减小；所述犁尖是由合金钢加工而成，所述合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.38％-0.45％；Mn：0.80％-1.20％；Si：0.17％-0.37％；Cr：0.90％-1.20％；Mo：0.15％-0.30％；S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe。

本改良犁尖中的连接部与工作部呈夹角设置，能在一定程度上减小工作时产生的阻力，便于进行翻土工作。在对土壤进行深松工作时，真正深入土壤对土壤进行深松的是工作部，此时连接部位于工作部上方，连接部一方面能够给工作部提供支撑作用，另一方面还能辅助工作部进行翻土工作。

分土槽的开设是为了让翻起的土壤从工作部末端沿着分土槽逐渐上升，由于连接部与工作部呈夹角设置，翻起的土壤在分土槽内上升时，不会直接掉落，而是在上升到一定高度后才在重力作用下掉落到地面上，此时，这些翻起的土壤相比之前在地面上的位置有了一定的位移，持续的翻土工作使得不同区域的土壤能够相互交错，从而达到深松整地的效果，更加利于后期农作物的耕种。

相较于现有技术，本发明设计了一种新的犁尖材料，该犁尖在低碳的基础上，通过优化各成分的配比使其产生协同作用，得到抗拉强度高，耐磨性好，耐腐蚀性佳，使用寿命长的犁尖。

在本发明犁尖中碳(C)严格控制在0.38-0.45％，在保证犁尖具有较高的硬度、强度、韧性、耐磨性的基础上提高犁尖的加工工艺性能。锰(Mn)是犁尖中主要的强化元素，在犁尖中主要起脱氧除气和提高淬透性，改善犁尖合金钢的热加工性能等作用。在锰在犁尖中可与铁生成(FeMn)₃C型碳化物，降低奥氏体分解速度，从而大大提高犁尖的淬透性。若锰含量过高，锰溶于奥氏体中会降低马氏体转变温度进而使淬火组织中残余的奥氏体量增多从而影响犁的耐磨性，并严重影响犁尖的耐腐蚀性能和焊接性能。在保证奥氏体组织的前提下，锰含量的降低会导致奥氏体稳定性略有下降，但犁尖的耐磨性在高冲力的作用下会显著提高，加工硬度也显著增强。在犁尖中添加锰元素可细化材料组织，提高再结晶温度，从而增大犁尖在使用过程中因摩擦产生高温时的耐热性。因此本发明将锰含量控制在0.80％-1.20％，既保证了奥氏体组织，又增加了奥氏体的硬度和强度，还可大幅提高犁尖的耐磨性、耐温性，以弥补低碳的不足。在本发明犁尖合金钢中含有0.17-0.37％的Si，与碳、锰、铬配合使用，可提高氧化层与基体的粘结性，提高犁尖合金钢的抗高温回火性能。此外，硅在炼钢过程中可作为还原剂和脱氧剂，配合本发明0.38-0.45％的C和0.80-1.20％的Mn使用，可显著提高犁尖合金钢的抗拉强度、韧性、屈服点和抗腐蚀性。若硅含量过高会严重影响犁尖的强度，极大地降低犁尖的抗拉强度、高温强度。铬(Cr)是中强碳化物形成元素，在本发明犁尖的合金钢中形成铬的合金渗碳体(Fe、Cr)₃C，且随着铬含量的增加，犁合金钢中的碳化物逐步变为Cr₂₃C₆和Cr₇C₃。另外铬在奥氏体中的扩散速度比较小，可以阻碍碳的扩散，因而可以显著提高奥氏体的稳定性，使C曲线右移，降低临界冷却速度，进而提高犁尖合金钢的淬透性。另一方面，铬也因降低相变温度，从而使碳化物在较低温度析出，使组织和碳化物细化，因此在保证犁尖硬度的同时可显著提高犁尖的塑性。但是本发明犁尖中的Cr含量不易过高，若在犁尖合金钢中，Cr含量超过1.2％后，合金钢中残留奥氏体数量大幅度增加，有回火脆性倾向。钼(Mo)在犁尖合金钢中主要可以起三方面作用，一、钼能够有效地抑制渗碳体聚集，导致钼的碳化物以极细小尺寸弥散分布在奥氏体中，同时可弥散强化作用，强化奥氏体组织，使犁尖的强度和硬度增加，形变硬化性能增强，从而改善抗磨能力。二、钼分布在碳化物中可有效抑制犁尖冷却过程中晶界碳化物的析出，犁尖中加铬可使晶界碳化物析出倾向大大提高，钼与铬两种元素的复合添加可使两种合金元素的有益作用同时发挥出来。三、犁尖中添加钼后，针状碳化物变短，数量明显减少，析出温度提高。经实验可知当加入0.15％-0.30％钼时，犁尖的耐磨性可提高20-30％，强度、塑性和冲击韧性也提高20％-30％。与适量的锰配合加入犁尖中更能有效地发挥钼与锰在犁尖中的作用，从而提高犁尖的耐磨性、硬度。

一般情况下，磷(P)是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能和冷弯性能变坏，并降低合金钢的塑性，因此，通常将钢中含磷量控制在0.035％以内。

硫(S)在通常情况下也是有害元素，使合金钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。且硫对焊接性能也有不利影响，会降低犁尖的耐腐蚀性，因此，本犁尖合金钢中的硫含量需要控制在0.035％以内。

作为优选，所述犁尖合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.40％-0.44％；Mn：0.90％-1.20％；Si：0.20％-0.35％；Cr：0.95％-1.10％；Mo：0.18％-0.25％；S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe。

在上述的一种改良犁尖中，所述连接部呈类圆锥台形设置，所述工作部的横截面形状呈楔形设置，连接部上与分土槽相背的外侧面圆弧过渡至工作部。

在上述的一种改良犁尖中，所述连接部与底座连为一体，在底座的四个边角处均开设有安装孔。

本发明还提供一种上述犁尖的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

S1、将犁尖所述的合金钢在1560-1600℃下熔炼成钢水；

S2、在1560-1600℃下将钢水浇注到焙烧过的模具中，浇注时间为8-12s，浇注完成后脱壳得犁尖坯件；

S3、将犁尖坯件进行切割、打磨、抛光、清理得犁尖半成品；

S4、将犁尖半成品进行热处理，热处理中淬火温度为840-870℃，保温1-3小时，然后在380-400℃下进行回火处理，保温2-4小时，空冷至室温，即可得犁尖最终产品。

本发明犁尖的热处理经过淬火、回火可以有效提高犁尖合金钢的强度、硬度、耐磨性、抗疲劳强度以及韧性等综合性能。淬火温度和回火温度以及它们的保温时间均是犁尖质量和性能的影响因素，随着淬火温度的升高，犁尖所用的合金钢的强度、硬度等逐渐提高，但是过高的淬火温度反而会影响犁尖合金钢的塑性和韧性的降低；同样地，回火温度过高会导致犁尖合金钢的强度等的下降；保温时间过长或过短均会影响犁尖成品的质量和性能。

在上述犁的制备方法中，步骤S2中所述模具烘焙温度为850-900℃，保温0.5-1小时。

与现有技术相比，本发明结构简单，工作部、连接部以及底座三者一体成型，能够增强整个犁尖的强度；分土槽的开设有利于对土壤进行翻土工作，土壤深松效果明显；本发明犁尖的材料在低碳的基础上，通过优化各成分的配比使其产生协同作用，并通过特定的热处理工艺，得到抗拉强度高，耐磨性好，耐腐蚀性佳，使用寿命长的犁尖。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的结构示意图。

图2是图1另一视角的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图中，10、底座；11、安装孔；20、连接部；21、分土槽；30、工作部。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图3所示，本改良犁尖包括底座10以及安装在底座10上的连接部20，连接部20的一端与底座10固连，另一端向外弯折延伸形成工作部30，连接部20的轴心线与工作部30的轴心线相交形成一钝角，在连接部20面朝工作部30弯折的侧壁上向内凹陷形成有分土槽21，分土槽21由连接部20延伸至工作部30末端，且分土槽21的两内侧壁之间的距离由连接部20处至工作部30处逐渐减小。

本改良犁尖中的连接部20与工作部30呈夹角设置，能在一定程度上减小工作时产生的阻力，便于进行翻土工作。在对土壤进行深松工作时，真正深入土壤对土壤进行深松的是工作部30，此时连接部20位于工作部30上方，连接部20一方面能够给工作部30提供支撑作用，另一方面还能辅助工作部30进行翻土工作。

分土槽21的开设是为了让翻起的土壤从工作部30末端沿着分土槽21逐渐上升，由于连接部20与工作部30呈夹角设置，翻起的土壤在分土槽21内上升时，不会直接掉落，而是在上升到一定高度后才在重力作用下掉落到地面上，此时，这些翻起的土壤相比之前在地面上的位置有了一定的位移，持续的翻土工作使得不同区域的土壤能够相互交错，从而达到深松整地的效果，更加利于后期农作物的耕种。

根据连接部20与工作部30之间夹角角度的变化，犁尖的工作效果也会发生变化，可以选择合适的角度范围来制造犁尖的具体结构。除此之外，分土槽21的开设，使得更多的翻起的土壤顺着分土槽21的边缘向外分散，翻土效果明显，进一步达到深松整地的功效。

优选地，连接部20呈类圆锥台形设置，工作部30的横截面形状呈楔形设置，连接部20上与分土槽21相背的外侧面圆弧过渡至工作部30。

实际生活中的大部分犁尖都是采用弧面状的犁铧来进行翻土工作，翻土过程中阻力比较大，工作效率不高。本发明中，连接部20呈类圆锥台形设置，在高速运作中，犁尖受到的阻力相对来说能够减小很大一部分，工作部30的横截面形状呈楔形设置也能使得工作部30在深入土壤时减小所受的阻力，从而提高了工作效率。且连接部20与工作部30一体设置，能够加强整个犁尖的自身强度，在持续作业下保证犁尖的工作不受影响，增加犁尖的使用寿命。

此外，工作部30的横截面形状呈楔形设置，随着工作部30深入土壤的深度的增加，土壤被破开的程度也逐渐加大，也能加深深松整地的功效。

在进行翻土工作时，由于机械运作的速度很快，空气、土壤都会对犁尖产生较大的冲击力，连接部20上与分土槽21相背的外侧面圆弧过渡至工作部30，其中，整个连接部20都是弧形过渡到工作部30的，这样的结构设计能够对这些阻力起到缓冲的作用，从而使整个犁尖具有一定的抗冲击的能力，进一步增加了犁尖的使用寿命。

进一步优选地，连接部20与底座10连为一体，在底座10的四个边角处均开设有安装孔11。

工作部30、连接部20以及底座10三者一体铸造成型，毫无疑问，这样的制造在最大程度上保证了整个犁尖的强度。安装孔11的开设便于将犁尖安装在耕作机械上，可以通过螺钉等将两者安装在一起，此外采用螺钉连接也方便了犁尖的维修与更换。当然也可以根据实际的安装和使用情况选择其他具有类似功能的连接件。

本改良犁尖可以一个或多个一起安装在相关的耕作机械上进行翻土工作，整个犁尖结构简单，采用一体铸造成型，增强整个犁尖强度，分土槽21的开设更利于对土壤的翻土工作，土壤深松效果明显。

其中，所述犁尖是由合金钢加工而成，所述合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.38％-0.45％；Mn：0.80％-1.20％；Si：0.17％-0.37％；Cr：0.90-1.20％；Mo：0.15-0.30％；S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe。

作为优选，所述犁尖合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.40％-0.44％；Mn：0.90％-1.20％；Si：0.20％-0.35％；Cr：0.95-1.10％；Mo：0.18-0.25％；S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe。

所述犁尖的制备方法包括如下步骤：

S1、将犁尖所述的合金钢在1560-1600℃下熔炼成钢水；

S2、在1560-1600℃下将钢水浇注到在850-900℃烘焙并保温0.5-1小时的模具中，浇注时间为8-12s，浇注完成后脱壳得犁尖坯件；

S3、将犁尖坯件进行切割、打磨、抛光、清理得犁尖半成品；

S4、将犁尖半成品进行热处理，热处理中淬火温度为840-870℃，保温1-3小时，然后在380-400℃下进行回火处理，保温2-4小时，空冷至室温，即可得犁尖最终产品。

实施例1

将犁尖合金钢在1580℃下熔炼成钢水；所述犁尖合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.42％；Mn：1.00％；Si：0.25％；Cr：1.10％；Mo：0.25％；S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；

在1580℃下将钢水浇注到在880℃烘焙并保温0.8小时的模具中，浇注时间为10s，浇注完成后脱壳得犁尖坯件；

将犁尖坯件进行切割、打磨、抛光、清理得犁尖半成品；

将犁尖半成品进行热处理，热处理中淬火温度为850℃，保温2小时，然后在390℃下进行回火处理，保温3小时，空冷至室温，即可得犁尖最终产品。

实施例2

将犁尖合金钢在1590℃下熔炼成钢水；所述犁尖合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.43％；Mn：0.90％；Si：0.30％；Cr：0.95％；Mo：0.20％；S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；

在1570℃下将钢水浇注到在860℃烘焙并保温0.6小时的模具中，浇注时间为9s，浇注完成后脱壳得犁尖坯件；

将犁尖坯件进行切割、打磨、抛光、清理得犁尖半成品；

将犁尖半成品进行热处理，热处理中淬火温度为860℃，保温1小时，然后在385℃下进行回火处理，保温4小时，空冷至室温，即可得犁尖最终产品。

实施例3

将犁尖合金钢在1560℃下熔炼成钢水；所述犁尖合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.45％；Mn：0.80％；Si：0.37％；Cr：0.90％；Mo：0.30％；S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；

在1560℃下将钢水浇注到在900℃烘焙并保温0.5小时的模具中，浇注时间为12s，浇注完成后脱壳得犁尖坯件；

将犁尖坯件进行切割、打磨、抛光、清理得犁尖半成品；

将犁尖半成品进行热处理，热处理中淬火温度为840℃，保温1小时，然后在400℃下进行回火处理，保温2小时，空冷至室温，即可得犁尖最终产品。

实施例4

将犁尖合金钢在1600℃下熔炼成钢水；所述犁尖合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.38％；Mn：1.20％；Si：0.17％；Cr：1.20％；Mo：0.15％；S≤0.035％，P≤0.035％，余量为Fe；

在1600℃下将钢水浇注到在850℃烘焙并保温1小时的模具中，浇注时间为8s，浇注完成后脱壳得犁尖坯件；

将犁尖坯件进行切割、打磨、抛光、清理得犁尖半成品；

将犁尖半成品进行热处理，热处理中淬火温度为870℃，保温3小时，然后在380℃下进行回火处理，保温2小时，空冷至室温，即可得犁尖最终产品。

将实施例1-4中的犁尖的抗拉强度、硬度、延伸率、屈服强度进行检测，检测结果如表1所示。

表1：实施例1-4中的犁尖的抗拉强度、硬度、延伸率、屈服强度的测试结果

综上所述，本发明犁尖的材料在低碳的基础上，通过优化各成分的配比使其产生协同作用，并通过特定的热处理工艺，制得抗拉强度高，耐磨性好，耐腐蚀性佳，硬度、塑性和韧性都较好，使用寿命长的犁尖。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种改良犁尖，包括底座以及安装在底座上的连接部，其特征在于，所述连接部的一端与底座固连，另一端向外弯折延伸形成工作部，所述连接部的轴心线与工作部的轴心线相交形成一钝角，在连接部面朝工作部弯折的侧壁上向内凹陷形成有分土槽，所述分土槽由连接部延伸至工作部末端，且分土槽的两内侧壁之间的距离由连接处至工作部处逐渐减小；所述犁尖是由合金钢加工而成，所述合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.38％-0.45％；Mn：0.80％-1.20％；Si：0.17％-0.37％；Cr：0.90％-1.20％；Mo：0.15％-0.30％；S≤0.035％；P≤0.035％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的改良犁尖，其特征在于，所述犁尖合金钢由以下质量百分数的化学成分组成：C：0.40％-0.44％；Mn：0.90％-1.20％；Si：0.20％-0.35％；Cr：0.95％-1.10％；Mo：0.18％-0.25％；S≤0.035％；P≤0.035％，余量为Fe。

3.根据权利要求1所述的改良犁尖，其特征在于，所述连接部与底座连为一体，在底座的四个边角处均开设有安装孔。

4.一种如权利要求1所述犁尖的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

S1、将犁尖所述的合金钢在1560-1600℃下熔炼成钢水；

S2、在1560-1600℃下将钢水浇注到焙烧过的模具中，浇注时间为8-12s，浇注完成后脱壳得犁尖坯件；

S3、将犁尖坯件进行切割、打磨、抛光、清理得犁尖半成品；

S4、将犁尖半成品进行热处理，热处理中淬火温度为840-870℃，保温1-3小时，然后在380-400℃下进行回火处理，保温2-4小时，空冷至室温，即可得犁尖最终产品。

5.根据权利要求4所述犁尖的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述模具烘焙温度为850-900℃，保温0.5-1小时。