CN107385357A - 一种挖掘机用多元合金钢斗齿及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种挖掘机用多元合金钢斗齿及其制备工艺,该多元合金钢斗齿包括以下百分含量组分制成:C 0.25‑0.35%、Si 0.95‑1.10%、Mn 0.5‑0.7%、Mo 0.15‑0.26%、Cr 2.1‑2.4%、Ni 0.18‑0.22%、W 0.35‑0.45%、RE 0.3‑0.45%、余量为Fe和比可避免的杂质,本发明通过合理的组分配比和工艺改进,有效提高了斗齿的强韧性,制得的产品综合性能显著提高,冲击韧性为23‑31J/cm2,硬度HRC为51‑53,抗拉强度为1580‑1660MPa,伸长率为6.8‑7.3%。
Description
技术领域
本发明涉及合金钢铸造技术领域,具体涉及一种挖掘机用多元合金钢斗齿及其制备工艺。
背景技术
斗齿属于挖掘机零配件,一般装在挖掘机铲斗前端,广泛应用于矿山、冶金、电力、建材、水泥、机械等行业,直接与砂、土、岩石、矿物等接触,斗齿主要失效形式为磨损和断裂。斗齿工作面与被挖掘物直接接触,当其耐磨性不足时就会导致过度磨损而提前报废,锐利棱角的挖掘物在齿面上滑动,犹如刀具一样对齿面产生切削作用而造成斗齿的切削磨损;较软的挖掘物与斗齿反复推挤碾压过程中,齿面反复经历塑性变形,从而因疲劳而引起剥落;挖掘物与斗齿反复作用造成斗齿强烈的塑性变形引起很高的加工硬化,使其脆性增大,在挖掘物的强烈撞击下,会发生碎裂而形成磨损,斗齿在承受物料的冲击和弯曲应力作用下,还会在斗齿的中上部发生早期断裂现象。
因此,斗齿作为易损件应满足的性能要求是:具有较高的硬度、较高的冲击韧性、能经受长期高频率冲击。目前,国内生产使用的斗齿主要有铸造材料低碳合金斗齿、锻(轧)合金钢斗齿等,而这些斗齿均耐磨性差、韧性低。因此,研制出高硬度、高韧性、耐磨防腐的斗齿具有积极意义。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明提出了一种挖掘机用多元合金钢斗齿及其制备工艺,通过合理的组分配比和工艺改进,有效提高了斗齿的强韧性,制得的产品综合性能显著提高,有效提高了斗齿的工作效率,延长了斗齿的使用寿命。
为了实现上述的目的,本发明采用以下的技术方案:
一种挖掘机用多元合金钢斗齿,包括以下百分含量组分制成:C 0.25-0.35%、Si0.95-1.10%、Mn 0.5-0.7%、Mo 0.15-0.26%、Cr 2.1-2.4%、Ni 0.18-0.22%、W 0.35-0.45%、RE 0.3-0.45%、余量为Fe和比可避免的杂质。
优选的,还包括N≤0.15%、Cu≤0.3%、V≤0.2%。
优选的,RE为Sc与Er、Pr、Ce、La中的一种或多种的组合物,其中Sc占RE总质量的50-60%。
优选的,挖掘机用高强多元合金斗齿,制备工艺如下:
1)按元素含量配比取回炉铁、废钢、生铁、氮化硅、钼铁、铬铁、钪铁、钨铁加入中频炉中加热至熔融,保持4-5min,然后再调节温度为1480-1510℃加入低碳锰铁、硅铁、RE稀土进行热熔、孕育脱氧,取样调质,得铁水;
2)采用包内冲入法,先将稀土球化剂置于包底,然后待铁水冷却至1430-1450℃后注入铁水,并随流加入稀土孕育剂孕育处理,得处理后的铁水;
3)待铁水冷却至1320-1340℃,进行浇注,冷却分离,得铸件粗品;0
4)将铸件粗品进行抛丸、打磨,然后进行分段等温淬火,具体为先升温至780-800℃,保温1-1.5h后进行高温油淬,然后再升温至520-550℃保温1-2h后进行中温油淬,待淬火完成后,进行分段回火,具体为先在220-240℃进行一次回火,回火时间为1-2h,然后再在100-110℃进行二次回火,回火时间为1-3h,取出后空冷得铸件成品,检测、包装,入库。
优选的,步骤1)中RE稀土优选为Sc、Er、Pr、Ce的组合物,四者添加百分含量比为Sc55-57%、Er 13-15%、Pr 9-12%、Ce余量。
优选的,步骤2)中稀土球化剂采用稀土镁硅铁合金球化剂,稀土球化剂用量为铁水质量的1.1-1.2%。
优选的,步骤2)中稀土孕育剂采用铈基稀土孕育剂,由以下成分组成Ce 1.7-1.8%、Ca 1-1.2%、Si 68-70%、Al 0.8-1%、Ba 1.5-3%、Fe余量,稀土孕育剂用量为铁水质量的0.18-0.23%。
由于采用上述的技术方案,本发明的有益效果是:本发明通过合理的组分配比,相互协同促进,和工艺改进,强化合金组织结构,有效提高了斗齿的强韧性,制得的产品综合性能显著提高,有效提高了斗齿的工作效率,延长了斗齿的使用寿命。制得的产品经检测冲击韧性为23-31J/cm2,硬度HRC为51-53,抗拉强度为1580-1660MPa,伸长率为6.8-7.3%(由实施例制备的产品测得)。
本发明中Mo、Cr、W等强化元素在熔炼中形成高强碳化物配合适量的金属氮化物,如氮化镍,有效提高了斗齿的强硬度,同时添加有稀土RE,一方面有效促进了脱氧祛硫,强化了球化孕育效果,对合金组织细化性强,另一方面配合少量的Cu和V,形成的稀土中间合金,有效避免了钢中元素偏析,同时大大提高了抗拉强度、延伸率,增强了可加工塑性,热烈倾向只HCS小于70,综合性能显著提高。
在制备工艺热处理过程中,采用分阶段等温油淬,从微观组织上改善了合金结构,配合后期的分阶段回火,有效保证了优良硬度条件下的冲击韧性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:
一种挖掘机用多元合金钢斗齿,包括以下百分含量组分制成:C 0.28%、Si0.95%、Mn 0.65%、Mo 0.24%、Cr 2.2%、Ni 0.2%、W 0.35%、RE 0.36%、余量为Fe和比可避免的杂质。
挖掘机用多元合金钢斗齿中还包括Cu 0.2%、V 0.15%。
其中,RE为Sc、Er、Pr、Ce的组合物,四者添加百分含量比为Sc 55%、Er 14%、Pr10%、Ce余量。
挖掘机用高强多元合金斗齿,制备工艺如下:
1)按元素含量配比取回炉铁、废钢、生铁、氮化硅、钼铁、铬铁、钪铁、钨铁加入中频炉中加热至熔融,保持4-5min,然后再调节温度为1480℃加入低碳锰铁、硅铁、RE稀土进行热熔、孕育脱氧,取样调质,得铁水;
2)采用包内冲入法,先将用量为铁水质量1.1%的稀土镁硅铁合金球化剂置于包底,然后待铁水冷却至1440℃后注入铁水,并随流加入为铁水质量0.22%的铈基稀土孕育剂孕育处理,得处理后的铁水;
3)待铁水冷却至1340℃,进行浇注,冷却分离,得铸件粗品;
4)将铸件粗品进行抛丸、打磨,然后进行分段等温淬火,具体为先升温至800℃,保温1.2h后进行高温油淬,然后再升温至550℃保温1.5h后进行中温油淬,待淬火完成后,进行分段回火,具体为先在230℃进行一次回火,回火时间为1.5h,然后再在110℃进行二次回火,回火时间为1h,取出后空冷得铸件成品,检测、包装,入库。
实施例2:
一种挖掘机用多元合金钢斗齿,包括以下百分含量组分制成:C 0.32%、Si 1%、Mn 0.7%、Mo 0.26%、Cr 2.4%、Ni 0.22%、W 0.4%、RE 0.45%、余量为Fe和比可避免的杂质。
挖掘机用多元合金钢斗齿中还包括N 0.1%、Cu 0.3%、V 0.2%。
其中,RE为Sc、Er、Pr、Ce的组合物,四者添加百分含量比为Sc 57%、Er 13%、Pr12%、Ce余量。
挖掘机用高强多元合金斗齿,制备工艺如下:
1)按元素含量配比取回炉铁、废钢、生铁、氮化硅、钼铁、铬铁、钪铁、钨铁加入中频炉中加热至熔融,保持4-5min,然后再调节温度为1510℃加入低碳锰铁、硅铁、RE稀土进行热熔、孕育脱氧,取样调质,得铁水;
2)采用包内冲入法,先将用量为铁水质量1.2%的稀土镁硅铁合金球化剂置于包底,然后待铁水冷却至1450℃后注入铁水,并随流加入为铁水质量0.2%的铈基稀土孕育剂孕育处理,得处理后的铁水;
3)待铁水冷却至1330℃,进行浇注,冷却分离,得铸件粗品;
4)将铸件粗品进行抛丸、打磨,然后进行分段等温淬火,具体为先升温至800℃,保温1.5h后进行高温油淬,然后再升温至540℃保温1h后进行中温油淬,待淬火完成后,进行分段回火,具体为先在240℃进行一次回火,回火时间为1.5h,然后再在110℃进行二次回火,回火时间为2h,取出后空冷得铸件成品,检测、包装,入库。
实施例3:
一种挖掘机用多元合金钢斗齿,包括以下百分含量组分制成:C 0.35%、Si1.1%、Mn 0.5%、Mo 0.2%、Cr 2.2%、Ni 0.18%、W 0.45%、RE 0.42%、余量为Fe和比可避免的杂质。
挖掘机用多元合金钢斗齿中还包括N 0.15%、V 0.15%。
其中,RE为Sc、Er、Ce的组合物,三者添加百分含量比为Sc 60%、Er 18%、Ce余量。
挖掘机用高强多元合金斗齿,制备工艺如下:
1)按元素含量配比取回炉铁、废钢、生铁、氮化硅、钼铁、铬铁、钪铁、钨铁加入中频炉中加热至熔融,保持4-5min,然后再调节温度为1500℃加入低碳锰铁、硅铁、RE稀土进行热熔、孕育脱氧,取样调质,得铁水;
2)采用包内冲入法,先将用量为铁水质量1.15%的稀土镁硅铁合金球化剂置于包底,然后待铁水冷却至1450℃后注入铁水,并随流加入为铁水质量0.18%的铈基稀土孕育剂孕育处理,得处理后的铁水;
3)待铁水冷却至1320℃,进行浇注,冷却分离,得铸件粗品;
4)将铸件粗品进行抛丸、打磨,然后进行分段等温淬火,具体为先升温至800℃,保温1.5h后进行高温油淬,然后再升温至550℃保温2h后进行中温油淬,待淬火完成后,进行分段回火,具体为先在220℃进行一次回火,回火时间为2h,然后再在100℃进行二次回火,回火时间为3h,取出后空冷得铸件成品,检测、包装,入库。
实施例4:
一种挖掘机用多元合金钢斗齿,包括以下百分含量组分制成:C 0.25%、Si1.05%、Mn 0.6%、Mo 0.15%、Cr 2.1%、Ni 0.21%、W 0.42%、RE 0.3%、余量为Fe和比可避免的杂质。
其中,RE为Sc、Er、Pr、Ce的组合物,四者添加百分含量比为Sc 56%、Er 15%、Pr9%、Ce余量。
挖掘机用高强多元合金斗齿,制备工艺如下:
1)按元素含量配比取回炉铁、废钢、生铁、氮化硅、钼铁、铬铁、钪铁、钨铁加入中频炉中加热至熔融,保持4-5min,然后再调节温度为1480℃加入低碳锰铁、硅铁、RE稀土进行热熔、孕育脱氧,取样调质,得铁水;
2)采用包内冲入法,先将用量为铁水质量1.2%的稀土镁硅铁合金球化剂置于包底,然后待铁水冷却至1430℃后注入铁水,并随流加入为铁水质量0.23%的铈基稀土孕育剂孕育处理,得处理后的铁水;
3)待铁水冷却至1330℃,进行浇注,冷却分离,得铸件粗品;
4)将铸件粗品进行抛丸、打磨,然后进行分段等温淬火,具体为先升温至790℃,保温1h后进行高温油淬,然后再升温至520℃保温1h后进行中温油淬,待淬火完成后,进行分段回火,具体为先在240℃进行一次回火,回火时间为1h,然后再在110℃进行二次回火,回火时间为1.5h,取出后空冷得铸件成品,检测、包装,入库。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种挖掘机用多元合金钢斗齿,其特征在于,包括以下百分含量组分制成:C 0.25-0.35%、Si 0.95-1.10%、Mn 0.5-0.7%、Mo 0.15-0.26%、Cr 2.1-2.4%、Ni 0.18-0.22%、W 0.35-0.45%、RE 0.3-0.45%、余量为Fe和比可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的挖掘机用高强多元合金斗齿,其特征在于:还包括N≤0.15%、Cu≤0.3%、V≤0.2%。
3.根据权利要求1所述的挖掘机用高强多元合金斗齿,其特征在于:所述RE为Sc与Er、Pr、Ce、La中的一种或多种的组合物,其中Sc占RE总质量的50-60%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的挖掘机用高强多元合金斗齿,其特征在于,制备工艺如下:
1)按元素含量配比取回炉铁、废钢、生铁、氮化硅、钼铁、铬铁、钪铁、钨铁加入中频炉中加热至熔融,保持4-5min,然后再调节温度为1480-1510℃加入低碳锰铁、硅铁、RE稀土进行热熔、孕育脱氧,取样调质,得铁水;
2)采用包内冲入法,先将稀土球化剂置于包底,然后待铁水冷却至1430-1450℃后注入铁水,并随流加入稀土孕育剂孕育处理,得处理后的铁水;
3)待铁水冷却至1320-1340℃,进行浇注,冷却分离,得铸件粗品;
4)将铸件粗品进行抛丸、打磨,然后进行分段等温淬火,具体为先升温至780-800℃,保温1-1.5h后进行高温油淬,然后再升温至520-550℃保温1-2h后进行中温油淬,待淬火完成后,进行分段回火,具体为先在220-240℃进行一次回火,回火时间为1-2h,然后再在100-110℃进行二次回火,回火时间为1-3h,取出后空冷得铸件成品,检测、包装,入库。
5.根据权利要求4所述的挖掘机用高强多元合金斗齿的制备工艺,其特征在于:步骤1)中RE稀土优选为Sc、Er、Pr、Ce的组合物,四者添加百分含量比为Sc 55-57%、Er 13-15%、Pr 9-12%、Ce余量。
6.根据权利要求4所述的挖掘机用高强多元合金斗齿的制备工艺,其特征在于:步骤2)中稀土球化剂采用稀土镁硅铁合金球化剂,稀土球化剂用量为铁水质量的1.1-1.2%。
7.根据权利要求4所述的挖掘机用高强多元合金斗齿的制备工艺,其特征在于:步骤2)中稀土孕育剂采用铈基稀土孕育剂,由以下成分组成Ce 1.7-1.8%、Ca 1-1.2%、Si 68-70%、Al 0.8-1%、Ba 1.5-3%、Fe余量,稀土孕育剂用量为铁水质量的0.18-0.23%。
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