CN106435389B - 一种合金、液压支架连接头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合金，包括以下组分：0.2～0.5％C、1.5～3.5％Cr、0.5～1.5％Mo、1.0～5.0％Ni、0.5～1.5％V、0.6～1.2％Si、0.6～1.2％Mn、0.1～0.5％Ce，以及86～94％Fe；本发明还公开了一种液压支架连接头及其制备方法；本发明对合金的化学成分优化，同时在制备连接头时，先铸造后锻造加工，另外结合后续优化的热处理工艺，与传统铸造材料性能相比，本发明获得的液压支架连接头具有较高的强度和良好的塑韧性，可大大提高液压支架的使用安全性和使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于煤矿综采设备液压支架制备技术领域，特别涉及一种连接头的制备方法。
背景技术
液压支架是煤矿综采设备中的支护设备，其作用是支护和控制顶板,防止其冒落，为工作面设备和人员提供安全的作业空间，具有支撑、切顶、推移输送机等一系列功能。推移连接头是液压支架和刮板输送机的连接部件，在工作面推进过程中与推杆一同起推溜和拉架的作用，使用条件恶劣，工作时受力比较复杂；除受正常的拉、压、扭弯交变载荷外，还受到较大的冲击载荷；另外，由于煤矿作业环境较差，可能出现诸多不可预测因素，如蹩、卡等现象使连接头的受力状况更加恶化。其性能的好坏对工作面的安全和正常推进起到了至关重要的作用。
液压支架连接头有单耳和双耳两种结构，其中双耳结构具有更高的强度，为大多数液压支架设备所采用。目前，双耳结构连接头主要采用铸钢件，具有制备工艺简单、成本低的优点；但铸钢件在冶炼和结晶的过程中，存在内部组织不均匀性，晶粒粗大，塑性、韧性恶化严重；而且铸钢件存在难以完全避免的铸造缺陷，例如缩松、气孔、砂眼等，必然导致连接头强度下降；同时，由于合金元素添加不合理、热处理制度不科学等也导致连接头材料组织中晶粒粗大等等，这些原因都是导致推拉头材料强度低、进而出现断裂失效的直接因素。在徐矿集团张双楼煤矿、神华神东集团石圪台煤矿、大同煤矿等实际使用表明，铸钢件连接头断裂现象比较严重，严重影响了正常生产。因此，急需采用新的制备方法、新的材料成分设计和热处理工艺来提高液压支架连接头的强度。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种合金、液压支架连接头及其制备方法，由本发明获得的液压支架连接头具有较高的强度和良好的塑韧性，可大大提高液压支架的使用安全性和使用寿命。
根据上述发明目的的一个方面，本发明提供的合金采用以下技术方案：一种合金，以质量计，包括以下组分：0.2～0.5％C、1.5～3.5％Cr、0.5～1.5％Mo、1.0～5.0％Ni、0.5～1.5％V、0.6～1.2％Si、0.6～1.2％Mn、0.1～0.5％Ce，以及86～94％Fe。
根据本发明的合金，优选地，以质量计，所述合金中S含量<0.05％，P含量<0.05％。
根据本发明的合金，优选地，以质量计，所述合金由以下组分组成：0.2～0.5％C、1.5～3.5％Cr、0.5～1.5％Mo、1.0～5.0％Ni、0.5～1.5％V、0.6～1.2％Si、0.6～1.2％Mn、0.1～0.5％Ce、<0.05％S、<0.05％P，余量为Fe；其中S、P的含量可为0。
根据本发明的合金，优选地，以质量计，所述合金包括0.3～0.4％C、2.0～3.0％Cr、0.8～1.2％Mo、2.5～4.0％Ni、0.8～1.2％V、0.8～1.0％Si、0.8～1.0％Mn、0.12～0.2％Ce、<0.03％S、<0.03％P。
根据上述发明目的的另一个方面，本发明提供的液压支架连接头制备方法采用以下技术方案：
一种液压支架连接头的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，利用如上所述的合金浇注所述液压支架连接头，浇注温度取1560±5℃；
步骤2，将浇注得到的铸造生坯进行清理、打磨后锻造成型；
步骤3，将所述锻造成型产品进一步加工、热处理得到液压支架连接头，其中，所述热处理工艺包括淬火处理和回火处理，所述淬火处理的淬火温度：940～980℃，比如约为950℃、960℃或970摄氏度，保温时间：
4～6h，比如5h；淬火介质：机械油；所述回火处理的回火温度：500～550℃，比如约为520℃、530℃或540℃，保温时间：4～6h，比如5h，回火介质：空气。
根据本发明的制备方法，步骤1为浇注生坯，为本领域所熟知，优选地，浇注时间为10～20s，浇注方式为开放式浇注。
根据本发明的制备方法，优选地，在步骤2中，所述锻造成型过程包括将打磨后的生坯放入热处理炉中加热，加热温度为600～800℃,进一步优选为720～760℃，比如730或750℃左右，保温1～1.5h；随后将生坯放入初锻模具中进行初段，锻压可以为2～5t，例如3～4t；经初锻后的产品再次加热，加热温度为600～800℃，进一步优选为740～780℃，比如750℃左右，保温1～1.5h，然后将连接头放入终锻模具中进行终锻成型；
根据上述发明目的的又一个方面，本发明提供的液压支架连接头为一种根据上述制备方法制备得到的液压支架连接头。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明对合金的化学成分优化，其添加多种合金元以强化基体、细化组织、提高试验材料的强韧性；同时在制备连接头时，先铸造后锻造加工，细化了晶粒，减少了铸造缺陷，内部组织呈纤维状且纤维状方向与连接头受力方向一致，大大提高了连接头的强度；另外，结合后续优化的热处理工艺，与传统铸造材料性能相比(通常抗拉强度960MPa左右、冲击韧性48J/cm-2左右)，强度和韧性得到了较大提高(抗拉强度1368MPa、冲击韧性63.8J/cm-2)，可大大提高液压支架的使用安全性和使用寿命。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行进一步说明，但本发明并不仅限于下述实施例。
以下实施例/对比例中，根据GBT228-2002标准对产品的抗拉强度和冲击韧性进行表征。
实施例1
利用合金浇注所述液压支架连接头，其中，所述合金的质量百分比组成为：0.35％C，2.5％Cr，1.2％Mo，3.5％Ni，1.0％V，0.8％Si，1.0％Mn，0～0.03％S，0～0.03％P，0.15％Ce，余量为Fe；浇注温度为1560±5℃；浇注时间为10～20s，浇注方式为开放式浇注。
将浇注得到的铸造生坯进行清理、打磨后放入热处理炉中加热，加热温度约为740～760℃，保温1.5h；随后把生坯放入初锻模具中进行初段，初锻后再次放入热处理炉中加热，加热温度约为760～780℃，保温1.2h，再将产品放入终锻模具中进行终锻成型，打磨飞边，然后机加工连接头上的销控。
将所述锻造成型产品进一步热处理得到液压支架连接头，其中，所述热处理工艺包括淬火处理和回火处理，所述淬火处理的淬火温度：950～970℃，保温时间：5h，淬火介质：机械油；所述回火处理的回火温度：520～540℃，保温时间：5h，回火介质：空气。
对上述液压支架连接头进行测试，其抗拉强度为1368MPa，冲击韧性为63.8J/cm-2。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，所述合金的质量百分比组成为：0.3％C，3％Cr，1.0％Mo，3.0％Ni，1.2％V，1.0％Si，0.8％Mn，0～0.03％S，0～0.03％P，0.12％Ce，余量为Fe。
对上述液压支架连接头进行测试，其抗拉强度为1340MPa，冲击韧性为62.5J/cm-2。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，所述合金的质量百分比组成为：0.4％C，2.0％Cr，1.4％Mo，4.0％Ni，0.8％V，0.8％Si，1.0％Mn，0～0.03％S，0～0.03％P，0.2％Ce，余量为Fe。
对上述液压支架连接头进行测试，其抗拉强度为1348MPa，冲击韧性为60.9J/cm-2。
使用效果：从2013年9月ZY9000/25.5/55型液压支架双耳连接头的试制到2014年12月，已生产连接头200多件，进行工业性试验，跟踪结果表明本发明方法制备的连接头性能可靠，使用效果良好，在综采工作面推进的过程中双耳连接头没有出现断裂现象，保证了设备的正常运转，提高了工作效率，降低了工人的劳动强度，连接头具有较好的推广使用和发展前景。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，不包括初锻和终锻过程。
对上述液压支架连接头进行测试，其抗拉强度为1045MPa，冲击韧性为43.2J/cm-2。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，所述锻造成型产品进一步热处理得到液压支架连接头，其中，所述热处理工艺包括淬火处理和回火处理，所述淬火处理的淬火温度：900～920℃，保温时间：4h，淬火介质：机械油；所述回火处理的回火温度：560～580℃，保温时间：5h，回火介质：空气。
对上述液压支架连接头进行测试，其抗拉强度为986MPa，冲击韧性为38.8J/cm-2。
Claims (4)
1.一种液压支架连接头的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，利用合金浇注所述液压支架连接头，浇注温度取1560±5℃；
步骤2，将浇注得到的铸造生坯进行清理、打磨后锻造成型；
所述锻造成型过程包括将打磨后的生坯放入热处理炉中加热，加热温度为720～760℃，保温1～1.5h；随后将生坯放入初锻模具中进行初段，初锻压力取2～5t；经初锻后的产品再次加热，加热温度为740～780℃，保温1～1.5h，然后将连接头放入终锻模具中进行终锻成型；
步骤3，将所述锻造成型产品进一步加工、热处理得到液压支架连接头，其中，所述热处理工艺包括淬火处理和回火处理，所述淬火处理的淬火温度：940～980℃，保温时间：4～6h，淬火介质：机械油；所述回火处理的回火温度：500～550℃，保温时间：4～6h，回火介质：空气；
所述合金以质量计，由以下组分组成：0.2～0.5％C、1.5～3.5％Cr、0.5～1.5％Mo、1.0～5.0％Ni、0.5～1.5％V、0.6～1.2％Si、0.6～1.2％Mn、0.1～0.5％Ce，S含量<0.05％，P含量<0.05％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，浇注时间为10～20s，浇注方式为开放式浇注。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以质量计，所述合金由以下组分组成：0.3～0.4％C、2.0～3.0％Cr、0.8～1.2％Mo、2.5～4.0％Ni、0.8～1.2％V、0.8～1.0％Si、0.8～1.0％Mn、0.12～0.2％Ce、<0.03％S、<0.03％P，余量为Fe。
4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的制备方法制备得到的液压支架连接头。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |