CN104745951A - 建筑机械铲斗配件用铸钢及包含该铸钢的建筑机械铲斗用配件 - Google Patents

建筑机械铲斗配件用铸钢及包含该铸钢的建筑机械铲斗用配件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑机械铲斗配件用铸钢及包含该铸钢的建筑机械铲斗用配件，所述铸钢包含0.27％至0.34％重量百分比的碳(C)；1.2％至1.8％重量百分比的铬(Cr)；0.8％至1.7％重量百分比的硅(Si)；1.0％至1.4重量百分比的锰(Mn)；0.2％至0.4％重量百分比的钼(Mo)；0.2％至0.4％重量百分比的镍(Ni)；以及作为剩余量的铁和杂质。

Description

建筑机械铲斗配件用铸钢及包含该铸钢的建筑机械铲斗用配件
技术领域
本发明涉及用于制造建筑机械铲斗用配件的铸钢。
背景技术
通常，属于建筑机械的一种的挖掘机作为用于开采沙土或岩石的土木工程机器而构成为如下结构：在车体的前方部具备臂，在所述臂的端部设有用于开采沙土或岩石的铲斗。
所述铲斗为了提高耐磨损性而由具有很高的硬度值的钢板来制造。但是，由于铲斗是通过焊接来制造的，因此在使用硬度值高的钢板时被受限制。这是因为，想要提高硬度时，需要加入碳或合金成分，而如果所述成分的含量多，则导致焊接性下降。因此，为了减少对铲斗的损伤，并不使用焊接，而是通过结合方式而安装硬度值高的斗齿(tooth)、防护罩(shroud)、切割机(cutter)等铸钢配件而使用。但是，这些配件也因磨损而导致使用寿命有限。
另外，为了提高与铲斗结合的斗齿的焊接性及耐磨损性而出现了对高硬度的碳化钨进行电弧焊的技术(参照下述现有技术文献)。但是，上述技术使用了粒子尺寸大的碳化钨，因此在冲击大的挖掘或剖开夹心岩的作业中发生龟裂，存在焊接性及耐磨损性下降的问题。
因此，为了提高铲斗的寿命，需要研发一种显示高强度且耐磨损性及耐久性优异的铸钢配件。
韩国实用新型公开第1999-011857号
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明是为了解决上述的问题而研发的，本发明的目的在于提供一种显示高强度且耐磨损性及耐久性优异的建筑机械铲斗配件用铸钢。
另外，本发明的目的还在于提供一种由所述建筑机械铲斗配件用铸钢制造的建筑机械铲斗用配件。
用于解决问题的技术手段
为了达到上述目的，本发明提供一种建筑机械铲斗配件用铸钢，包含：0.27％至0.34％重量百分比的碳(C)；1.2％至1.8％重量百分比的铬(Cr)；0.8％至1.7％重量百分比的硅(Si)；1.0％至1.4％重量百分比的锰(Mn)；0.2％至0.4％重量百分比的钼(Mo)；0.2％至0.4％重量百分比的镍(Ni)；以及作为剩余量的铁和杂质，在组织内包含MC碳化物和从M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物中选择的至少一种碳化物，以整个碳化物的总100％体积百分比为基准，包含10％至65％体积百分比的所述MC碳化物。
在此，可包含15％至45％体积百分比的所述MC碳化物。
另外，所述MC碳化物被包含在所述铸钢的晶粒内部，从所述M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物中选择的至少一种碳化物被包含在所述铸钢的晶粒边界。
在这样的建筑机械铲斗配件用铸钢中，所述铬(Cr)、硅(Si)及锰(Mn)的总含有量为4.1％至4.9％重量百分比。
另外，本发明的建筑机械铲斗配件用铸钢还包含0.01％至0.03％重量百分比的钒(V)。
另外，本发明提供一种建筑机械铲斗配件用铸钢，包含：0.27％至0.34％重量百分比的碳(C)；1.2％至1.8％重量百分比的铬(Cr)；0.8％至1.7％重量百分比的硅(Si)；1.0％至1.4％重量百分比的锰(Mn)；0.2％至0.4％重量百分比的钼(Mo)；0.2％至0.4％重量百分比的镍(Ni)；以及作为剩余量的铁和杂质，在组织内包含MC碳化物和从M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物中选择的至少一种碳化物，在切断之后，在用图像分析器来分析切断面时，所述MC碳化物在切断面所占的面积(b)与全部碳化物在切断面所占的面积(a)的比率(b/a)为0.1％至0.65％。
另外，本发明提供通过对所述建筑机械铲斗配件用铸钢进行后处理而获得的建筑机械铲斗用配件。
所述建筑机械铲斗用配件可以是斗齿(tooth)、斗齿套(tooth adapter)、防护罩(shroud)或切割机(cutter)。
发明效果
本发明的建筑机械铲斗配件用铸钢包含特定范围的碳、铬、硅、锰、钼及镍，在组织内MC碳化物占全部碳化物的10％至65％体积百分比，因此显示高强度且耐磨损性及耐久性优异。因此，由本发明的建筑机械铲斗配件用铸钢制造的建筑机械铲斗用配件的寿命长且耐冲击性优异。
附图说明
图1是对本发明的实施例1的配件进行ThermoCalc模拟试验的结果。
图2表示本发明的实施例1的配件的截面。
图3根据本发明的实施例5和比较例6而对斗齿的寿命进行了评价。
具体实施方式
下面，对本发明进行说明。
1.建筑机械铲斗配件用铸钢
本发明的建筑机械铲斗配件用铸钢(以下，称为‘铸钢')按照特定范围而包含碳、铬、硅、锰、钼及镍，从而显示高强度且耐磨损性及耐久性优异。下面，对此进行详细说明。
本发明的铸钢在总重量中包含0.27％至0.34％重量百分比的碳(C)。如果碳的含量不足于0.27％重量百分比，则减少在组织内碳化物(特别是，MC碳化物)的形成，导致铸钢的耐磨损性下降，如果超过0.34％重量百分比，则铸钢的强度(韧性)下降，导致回火抵抗性下降，在高温下铸钢的耐磨损性下降。因此，优选为包含所述范围的碳。
本发明的铸钢在总重量中包含1.2％至1.8％重量百分比的铬(Cr)。如果铬的含量不足于1.2％重量百分比，则减少在组织内碳化物(特别是，MC碳化物)的形成，导致铸钢的耐磨损性下降，如果超过1.8％重量百分比，因铬含量与碳含量之比的增加，导致与MC碳化物相比，主要形成M7C3碳化物，从而铸钢的强度下降。因此，优选为包含所述范围的铬。
本发明的铸钢在总重量中包含0.8％至1.7％重量百分比的硅(Si)。如果硅的含量不足于0.8％重量百分比，则铸钢的铸造性下降，如果超过1.7％重量百分比，则会形成在进行铸造时引起缺陷的化合物(例如，SiO2)，导致铸钢的强度下降。因此，优选为包含所述范围的硅。
本发明的铸钢在总重量中包含1.0％至1.4％重量百分比的锰(Mn)。所述锰在起到脱氧剂作用的同时，将珍珠岩微细化，将铁氧体固溶强化而提高铸钢的抵抗强度。如果这样的锰的含量不足于1.0％重量百分比，则铸钢的粘性下降，而如果超过1.4％重量百分比，在淬火时引发铸钢的龟裂或变形。因此，优选为包含所述范围的锰。
本发明的铸钢在总重量中包含0.2％至0.4％重量百分比的钼(Mo)。如果钼的含量不足于0.2％重量百分比，则铸钢的脆性下降，而如果超过0.4％重量百分比，则铸钢的制造费用上升。因此，优选为包含所述范围的钼。
本发明的铸钢在总重量中包含0.2％至0.4％重量百分比的镍(Ni)。所述镍能够将铸钢的组织微细化，对奥氏体或铁氧体进行固溶强化而提高铸钢的抵抗强度。另外，在与铬或钼共存的情况下能够提高硬化性，在铸造时容易进行热处理。为了实现组织的微细化效果并获得所需的强度，优选为以所述范围而包含这样的镍。
本发明的铸钢除了所述成分之外，作为剩余量而包含铁(Fe)和杂质(例如，磷(P)，硫磺(S)等)。
这样的本发明的铸钢在组织内包含碳化物，在所述碳化物中包含的MC碳化物(A)占10％至65％体积百分比。即，本发明的铸钢在组织内包含MC碳化物和从由M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物构成的组中选择的1种以上的碳化物(B)，以全部碳化物(A+B)的总100％体积百分比为基准，包含10％至65％体积百分比的所述MC碳化物(A)。所述M是与碳(C)结合的准金属或过渡金属成分，可例举硅(Si)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等。
通常，在制造铸钢时，根据凝固速度而在铸钢组织内形成树枝状(dendrite)的框架，此时，根据部位，准金属或过渡金属与碳(C)结合而形成M7C3碳化物、M3C2碳化物、MC碳化物或M23C6碳化物这样的碳化物。其中，关于MC碳化物，在铸钢组织的结晶粒内部进行观察，关于此外的M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物，在铸钢组织的结晶粒边界进行观察。在此，龟裂或冲击主要沿着结晶粒边界而传播，因此与在结晶粒边界观察到的M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物相比，在形成在结晶粒内部观察到的MC碳化物时能够提高铸钢的强度及耐久性。
由此，本发明通过制造如下的铸钢，能够提供显示高强度且耐久性及耐冲击性优异的铸钢：以如上述的特定范围而包含碳、铬、硅、锰、钼及镍，并且以全部碳化物总100％体积百分比为基准，MC碳化物在组织内占10％体积百分比以上。
因此，在根据本发明的铸钢而制造建筑机械铲斗用配件而适用于铲斗的情况下，在没有后处理工序(如所述现有技术文献所述的碳化钨处理)的情况下，能够提高铲斗的强度及耐久性。在此，在考虑铸钢的冲击特性的情况下，优选为，以全部碳化物总100％体积百分比为基准，MC碳化物在铸钢内所占的体积不超过65％体积百分比。具体地优选为，以全部碳化物总100％体积百分比为基准，包含15％至45％体积百分比的MC碳化物。
另外，通过显微镜观察铸钢的截面，并利用图像分析器对在结晶粒边界观察到的碳化物(即，M7C3碳化物、M3C2碳化物或M23C6碳化物)和在结晶粒内部观察的碳化物(即，MC碳化物)进行相分析而检测在本发明的铸钢内存在的MC碳化物的体积。具体检测方法如下。
首先，在铸钢具备从A1开始到A3为止的厚度(或长度)时，在A1、A2及A3各个地点，沿着与地面垂直的方向切断铸钢。然后，对各个切断面进行图像分析而分别检测在结晶粒边界所观察到的碳化物(存在于结晶粒边界的碳化物)和在结晶粒内部所观察到的碳化物(存在于结晶粒内部的碳化物)在切断面所占的面积。之后，根据下述式来计算在具备从A1到A3为止的厚度的铸钢中所包含的MC碳化物的体积(V)。
V＝{(在结晶粒内部所观察到的碳化物在A1地点的切断面所占的面积/在结晶粒边界所观察到的碳化物和在结晶粒内部所观察到的碳化物在A1地点的切断面所占的总面积)+(在结晶粒内部所观察到的碳化物在A2地点的切断面所占的面积/在结晶粒边界所观察到的碳化物和在结晶粒内部所观察到的碳化物在A2地点的切断面所占的总面积)+(在结晶粒内部所观察的碳化物在A3地点的切断面所占的面积/在结晶粒边界所观察到的碳化物和在结晶粒内部所观察到的碳化物在A3地点的切断面所占的总面积)}×3
如上所述，在以全部碳化物总100％体积百分比为基准时，在本发明的铸钢中所包含的MC碳化物的体积占10％至65％体积百分比，在以面积的比率来适用时，可以将其显示为0.1％至0.65％。
具体地，在切断本发明的铸钢之后，在用图像分析器而分析切断面时，所述MC碳化物(存在于结晶粒内部的碳化物)在切断面所占的面积(b)与全部碳化物(存在于结晶粒边界的碳化物和存在于结晶粒内部的碳化物)在切断面所占的面积(a)的比率(b/a)为0.1％至0.65％。
另外，优选为，本发明的铸钢在所述范围内包含铬、硅及锰，且它们的总含有量(Cr+Si+Mn)为4.1％至4.9％重量百分比。在铸钢中包含的铬、硅及锰的总含有量不足于4.1％重量百分比的情况下，导致铸钢的强度下降。具体地，在铬、硅及锰的总含有量不足于4.1％重量百分比的情况下，不能形成对铸钢的强度及耐久性带来很大影响的MC碳化物，或者形成为不足于10％体积百分比而导致铸钢的强度及耐久性下降。因此，优选为，铬、硅及锰的总含有量为4.1％重量百分比以上，在考虑各个含有量的情况下，其总含有量优选不超过4.9％重量百分比。
在这样的本发明的铸钢中，为了提高强度(韧性)，在总重量中包含0.01％至0.03％重量百分比的钒(V)。所述钒形成微粒碳化物，将铸钢的组织微细化，从而提高铸钢的强度。为了获得微细化效果及所需的强度，优选包含所述范围的钒。
关于本发明的铸钢的制造方法，虽然未作特别的限定，但可通过失蜡铸造法(Lost wax casting process)、壳型铸造法(Shell mold process)、湿型铸造法(Green sand casting process)等来制造。
2.建筑机械铲斗用配件
本发明提供对所述铸钢进行后处理而获得的建筑机械铲斗用配件。具体地，本发明的建筑机械铲斗用配件是对所述铸钢进行热处理(tempering)及/或淬火(quenching)这样的后处理而制得的。这样的本发明的建筑机械铲斗用配件由上述说明的铸钢构成，因此寿命长且耐久性及耐冲击性优异。
对这样的本发明的建筑机械铲斗用配件不进行特别的限定，但优选为斗齿(tooth)、斗齿套(tooth adapter)、防护罩(shroud)或切割机(cutter)。
具体地，本发明的建筑机械铲斗用配件可以是如下的斗齿：将所述铸钢在880℃至930℃的范围内进行热处理，并在40℃至80℃范围的冷却水中进行淬火之后，以190℃至240℃的范围重新进行热处理，从而使得深部硬度表示HRC47至HRC52，表面硬度表示HRC50。
另外，本发明的建筑机械铲斗用配件可以是如下的斗齿套：将所述铸钢在880℃至930℃的范围内进行热处理，并在40℃至80℃范围的冷却水中进行淬火之后，以480℃至530℃的范围重新进行热处理，从而使得深部硬度表示HRC28至HRC34，表面硬度表示HRC30至HRC40。
另外，本发明的建筑机械铲斗用配件可以是如下的防护罩或切割机：将所述铸钢在880℃至930℃的范围内进行热处理，并在40℃至80℃范围中进行淬火之后，以190℃至240℃的范围重新进行热处理，从而使得深部硬度表示HRC47至HRC50，表面硬度表示HRC48至HRC53。
下面，通过实施例而具体地说明本发明，但下述实施例仅例示本发明的一形态，本发明的范围不限于下述实施例。
[实施例1至4及比较例1至5]
通过湿型铸造法(Green sand casting process)而制造Y-block(Y-block)形态的由下述表1的成分构成的铸钢，在910℃下进行2个小时的1次热处理，然后在50℃的冷却水中进行了淬火。之后，在220℃下进行3个小时的2次热处理，从而制造了各个配件。
【表1】
[实验例1]
对在实施例1中制造的配件进行了Thermo-Calc(热力学计算软件)模拟试验，其结果如图1所示。参照图1可知，在配件内形成有MC碳化物。
[实验例2]
切断在实施例1中制造的配件而形成切断面为2㎝×2㎝的试片。之后，实施抛光及硝酸蚀刻，用金属显微镜对截面进行了确认，其结果如图2所示。参照图2可知，在配件的组织内形成有MC碳化物。
[实验例3]
用下述方法对在所述实施例1至4及比较例1至5中制造的配件的物性进行了评价，其结果如下述表2所示。
1.表面硬度：用洛氏硬度器(150kg)进行了检测。
2.沙土磨损量：根据ASTM G65-85(Standard Practice for Conducting DrySand/Runner Wheel Abrasion Tests)进行了评价。
3.冲击能量：利用摆锤式冲击试验机进行了检测。此时，冲击试片实施了刻痕(Vnotch)。
4.MC碳化物面积(b)与碳化物面积(a)的比率(b/a)：切断配件之后，用金属显微镜观察切断面，通过Leica公司的图像分析器实施相分析之后，根据下述式来进行了计算。
*比率＝在配件的切断面发现的结晶粒内部的碳化物面积/(在配件的切断面发现的结晶粒内部的碳化物面积+在配件的切断面发现的结晶粒边界的碳化物面积)
【表2】
参照上述表2可知，本发明的配件(实施例1至4)具备高强度，耐久性及耐磨损性优异。
而在比较例1中可知，因Cr的含量不足而导致耐磨损性下降，在比较例2中可知，因C的含量不足而导致耐久性及强度下降。另外，在比较例3中可知，因Si+Mn+Cr的含量及Mn的含量不足而导致耐久性及强度下降，在比较例4中可知，因Si+Mn+Cr的含量及Ni的含量不足而导致耐久性及强度下降。另外，在比较例5中可知，因Si的含量超出而导致冲击特征显著下降。
[实施例5及比较例6]
将由与所述实施例1和比较例4相同的组成而构成的斗齿形态的铸钢在910℃下进行2个小时的1次热处理之后，在50℃的冷却水中进行了淬火。之后，在220℃下进行了3个小时的2次热处理而分别制造了斗齿。
[实验例4]磨损性能评价
将在所述实施例5及比较例6中制造的斗齿结合到挖掘机的铲斗之后，在道路施工现场适用上述挖掘机而检测了根据时间的经过而发生的斗齿的长度变化，其结果如图3所示。
参照图3可知，实施例5的斗齿与比较例6的斗齿相比，寿命提高了2倍以上。

Claims (9)

1.一种建筑机械铲斗配件用铸钢，其特征在于，
该建筑机械铲斗配件用铸钢包含：0.27％至0.34％重量百分比的碳(C)；1.2％至1.8％重量百分比的铬(Cr)；0.8％至1.7％重量百分比的硅(Si)；1.0％至1.4％重量百分比的锰(Mn)；0.2％至0.4％重量百分比的钼(Mo)；0.2％至0.4％重量百分比的镍(Ni)；以及作为剩余量的铁和杂质，
在组织内包含MC碳化物和从M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物中选择的至少一种碳化物，
以全部碳化物的总100％体积百分比为基准，包含10％至65％体积百分比的所述MC碳化物。
2.根据权利要求1所述的建筑机械铲斗配件用铸钢，其特征在于，
该建筑机械铲斗配件用铸钢包含15％至45％体积百分比的所述MC碳化物。
3.根据权利要求1所述的建筑机械铲斗配件用铸钢，其特征在于，
所述MC碳化物被包含在所述铸钢的晶粒内部，从所述M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物中选择的至少一种碳化物被包含在所述铸钢的晶粒边界。
4.根据权利要求1所述的建筑机械铲斗配件用铸钢，其特征在于，
所述铬(Cr)、硅(Si)及锰(Mn)的总含有量为4.1％至4.9％重量百分比。
5.根据权利要求1所述的建筑机械铲斗配件用铸钢，其特征在于，
该建筑机械铲斗配件用铸钢还包含0.01％至0.03％重量百分比的钒(V)。
6.一种建筑机械铲斗配件用铸钢，其特征在于，
该建筑机械铲斗配件用铸钢包含：0.27％至0.34％重量百分比的碳(C)；1.2％至1.8％重量百分比的铬(Cr)；0.8％至1.7％重量百分比的硅(Si)；1.0％至1.4％重量百分比的锰(Mn)；0.2％至0.4％重量百分比的钼(Mo)；0.2％至0.4％重量百分比的镍(Ni)；以及作为剩余量的铁和杂质，
在组织内包含MC碳化物和从M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物中选择的至少一种碳化物，
在切断之后，在用图像分析器来分析切断面时，所述MC碳化物在切断面所占的面积(b)与全部碳化物在切断面所占的面积(a)的比率(b/a)为0.1至0.65。
7.根据权利要求6所述的建筑机械铲斗配件用铸钢，其特征在于，
所述MC碳化物被包含在所述铸钢的晶粒内部，从所述M7C3碳化物、M3C2碳化物及M23C6碳化物中选择的至少一种碳化物被包含在所述铸钢的晶粒边界。
8.一种建筑机械铲斗用配件，其特征在于，通过对权利要求1至7中的任一项所述的铸钢进行后处理而获得该建筑机械铲斗用配件。
9.根据权利要求8所述的建筑机械铲斗用配件，其特征在于，
所述配件是斗齿、斗齿套、防护罩或切割机。
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