CN108277324A - 一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺 - Google Patents

一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，涉及耐磨技术领域，包括以下步骤：(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述调质处理方法为：先一次升温，保温时间为40‑60min，再二次升温，保温后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温，保温25‑30min，随炉空冷至室温；(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗；(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入硝酸溶液中，水洗，烘干；(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，本发明可以大大提高挖掘机斗齿齿尖的耐磨性能，延长使用寿命。

Description

一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺
技术领域
本发明涉及耐磨技术领域，具体涉及一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺。
背景技术
挖掘机，又称挖土机，是用铲斗挖掘高于或低于承机面的物料，并装入运输车辆或卸至堆料场的土方机械。挖掘机挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及经过预松后的土壤和岩石。挖掘机斗齿是挖掘机上的重要易耗部件，类似于人的牙齿，是由齿座和齿尖组成的组合斗齿，二者靠销轴连接。由于斗齿齿尖经常与土壤和岩石进行摩擦，所以也最容易被磨损消耗，虽然齿尖可以拆卸更换，但是如果消耗过快，一方面会降低挖掘效率，另一方面会带来挖掘成本的上升，所以挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺一直是企业、高校研究的热点。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，可以大大提高挖掘机斗齿齿尖的的耐磨性能，延长使用寿命。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述调质处理方法为：先一次升温至860-880℃，保温时间为40-60min，再二次升温至1020-1050℃，保温20-40min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温510-530℃，保温25-30min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为500-520℃，碳、氮原子比为2:3，炉压400-600Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入硝酸溶液中，浸蚀时间为5-7s，取出后于40-50℃的加热炉中放置1-2h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti1-xAlx靶材作为蒸发源，N2进气量为0.03-0.05m3/h，偏压200V，温度400-420℃,时间80-100min，靶材电流100-110A，炉压2.0-4.0Pa。
优选地，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.38-0.55％、Mn：0.8-1.0％、Si：0.6-0.9％、Cr：6.5-8.0％、Ni:0.4-0.9％、V：0.5-0.8％、Mo：1.2-2.5％，余量为Fe。
优选地，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.48-0.50％、Mn：0.85-0.9％、Si：0.65-0.8％、Cr：6.8-7.5％、Ni:0.5-0.8％、V：0.55-0.7％、Mo：1.5-2％，余量为Fe。
优选地，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.49％、Mn：0.88％、Si：0.66％、Cr：7％、Ni:0.6％、V：0.6％、Mo：1.8％，余量为Fe。
优选地，步骤(1)中一次升温速度为30-45℃/min，二次升温速度为10-15℃/min，三次升温速度为50-65℃/min。
优选地，步骤(2)中碳、氮离子共渗时间为2.5-3.5h。
优选地，步骤(3)中硝酸溶液的浓度为20-30％。
优选地，Ti1-xAlx靶材中X为0.4-0.5。
(三)有益效果
本发明提供了一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，具有以下有益效果：
本发明在对挖掘机斗齿齿尖的进行表面耐磨处理前先对其进行调质处理，调质可以使挖掘机斗齿齿尖的性能和材质得到很大程度的调整，提高其强度、塑性和韧性，使其综合机械性能得到提升，而且经过调质处理后可以得到回火索氏体，有利于后续的碳、氮离子共渗处理，碳、氮离子共渗处理在挖掘机斗齿齿尖的表面获得γN+γC的复合渗层，其厚度大于单一渗氮层，渗氮层和氮碳共渗层硬度约为基体硬度的3.5倍，氮碳共渗层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟和微切削，在干滑动摩擦条件下，氮碳共渗层具有更好的耐磨性能；在氮碳共渗层上再复合一层TiAlN镀膜，TiAlN镀膜具有极高的耐磨性能，附着在γN+γC的复合渗层的外层可以作为第一道屏障，而且经过硝酸溶液处理的γN+γC的复合渗层与TiAlN镀膜具有良好的结合力，TiAlN镀膜不会脱落。
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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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：
一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.49％、Mn：0.88％、Si：0.66％、Cr：7％、Ni:0.6％、V：0.6％、Mo：1.8％，余量为Fe，所述调质处理方法为：先一次升温至870℃，一次升温速度为40℃/min，保温时间为50min，再二次升温至1040℃，二次升温速度为12℃/min，保温30min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温520℃，三次升温速度为55℃/min，保温27min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为510℃，碳、氮原子比为2:3，共渗时间为3h，炉压500Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入浓度为25％的硝酸溶液中，浸蚀时间为6s，取出后于45℃的加热炉中放置1.5h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti0.5Al0.5靶材作为蒸发源，N2进气量为0.04m3/h，偏压200V，温度410℃,时间90min，靶材电流105A，炉压3.0Pa。
实施例2：
一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.48％、Mn：0.85％、Si：0.65％、Cr：6.8％、Ni:0.5％、V：0.55％、Mo：1.5％，余量为Fe，所述调质处理方法为：先一次升温至865℃，一次升温速度为35℃/min，保温时间为45min，再二次升温至1030℃，二次升温速度为15℃/min，保温35min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温520℃，三次升温速度为60℃/min，保温30min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为505℃，碳、氮原子比为2:3，共渗时间为3.5h，炉压600Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入浓度为20％的硝酸溶液中，浸蚀时间为7s，取出后于40℃的加热炉中放置2h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti0.6Al0.4靶材作为蒸发源，N2进气量为0.03m3/h，偏压200V，温度400℃,时间85min，靶材电流100A，炉压2.5Pa。
实施例3：
一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.50％、Mn：0.9％、Si：0.8％、Cr：7.5％、Ni:0.8％、V：0.7％、Mo：2％，余量为Fe，所述调质处理方法为：先一次升温至875℃，一次升温速度为45℃/min，保温时间为55min，再二次升温至1050℃，二次升温速度为12℃/min，保温40min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温530℃，三次升温速度为60℃/min，保温28min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为515℃，碳、氮原子比为2:3，共渗时间为3.5h，炉压600Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入浓度为25％的硝酸溶液中，浸蚀时间为5s，取出后于48℃的加热炉中放置1.2h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti0.5Al0.5靶材作为蒸发源，N2进气量为0.05m3/h，偏压200V，温度405℃,时间88min，靶材电流105A，炉压2.0Pa。
实施例4：
一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.38％、Mn：0.8％、Si：0.6％、Cr：6.5％、Ni:0.4％、V：0.5％、Mo：1.2％，余量为Fe，所述调质处理方法为：先一次升温至860℃，一次升温速度为30℃/min，保温时间为40min，再二次升温至1020℃，二次升温速度为10℃/min，保温20min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温510℃，三次升温速度为50℃/min，保温25min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为500℃，碳、氮原子比为2:3，共渗时间为2.5h，炉压400Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入浓度为20％的硝酸溶液中，浸蚀时间为5s，取出后于40℃的加热炉中放置1h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti0.55Al0.45靶材作为蒸发源，N2进气量为0.03m3/h，偏压200V，温度400℃,时间80min，靶材电流100A，炉压2.0Pa。
实施例5：
一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.55％、Mn：1.0％、Si：0.9％、Cr：8.0％、Ni:0.9％、V：0.8％、Mo：2.5％，余量为Fe，所述调质处理方法为：先一次升温至880℃，一次升温速度为45℃/min，保温时间为60min，再二次升温至1050℃，二次升温速度为15℃/min，保温40min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温530℃，三次升温速度为65℃/min，保温30min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为520℃，碳、氮原子比为2:3，共渗时间为3.5h，炉压600Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入浓度为30％的硝酸溶液中，浸蚀时间为7s，取出后于50℃的加热炉中放置2h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti0.5Al0.5靶材作为蒸发源，N2进气量为0.05m3/h，偏压200V，温度420℃,时间100min，靶材电流110A，炉压4.0Pa。
实施例6：
一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.45％、Mn：0.85％、Si：0.65％、Cr：7.0％、Ni:0.45％、V：0.55％、Mo：1.2％，余量为Fe，所述调质处理方法为：先一次升温至880℃，一次升温速度为30℃/min，保温时间为40min，再二次升温至1050℃，二次升温速度为10℃/min，保温40min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温510℃，三次升温速度为50℃/min，保温30min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为520℃，碳、氮原子比为2:3，共渗时间为3.5h，炉压600Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入浓度为30％的硝酸溶液中，浸蚀时间为5s，取出后于40℃的加热炉中放置2h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti0.6Al0.4靶材作为蒸发源，N2进气量为0.04m3/h，偏压200V，温度420℃,时间100min，靶材电流100A，炉压2.0Pa。
实施例7：
一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.55％、Mn：1.0％、Si：0.8％、Cr：6.5％、Ni:0.4％、V：0.6％、Mo：2％，余量为Fe，所述调质处理方法为：先一次升温至860℃，一次升温速度为45℃/min，保温时间为40min，再二次升温至1050℃，二次升温速度为10℃/min，保温40min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温510℃，三次升温速度为65℃/min，保温25min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为520℃，碳、氮原子比为2:3，共渗时间为3.5h，炉压600Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入浓度为25％的硝酸溶液中，浸蚀时间为6s，取出后于45℃的加热炉中放置1.5h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti0.5Al0.5靶材作为蒸发源，N2进气量为0.05m3/h，偏压200V，温度400℃,时间80min，靶材电流100A，炉压2.0Pa。
磨损实验：
将本发明实施例1-3处理过的挖掘机斗齿齿尖试样在UMT-3型摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验，实验参数如下，荷载40N，转速500r/min，时间10min，旋转半径6mm，对磨球为GCr15钢球，实验温度为400℃，下表1为实验结果：
表1：
下表2为本发明实施例1-3处理过的挖掘机斗齿齿尖和未经处理的挖掘机斗齿齿尖试样表现硬度测试结果。
表2：
综上，本发明实施例具有如下有益效果：经过本发明处理过的挖掘机斗齿齿尖的耐磨性能、表面硬度均得到大幅度提升。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (8)

1.一种挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将挖掘机斗齿齿尖进行调质处理，所述调质处理方法为：先一次升温至860-880℃，保温时间为40-60min，再二次升温至1020-1050℃，保温20-40min后以50℃/min的速度降温至室温，再三次升温510-530℃，保温25-30min，随炉空冷至室温；
(2)将经过调质处理后的挖掘机斗齿齿尖进行碳、氮离子共渗，碳、氮离子共渗的温度为500-520℃，碳、氮原子比为2:3，炉压400-600Pa；
(3)将经过碳、氮离子共渗后的挖掘机斗齿齿尖表面清洗干净，经过除油、除尘后，浸入硝酸溶液中，浸蚀时间为5-7s，取出后于40-50℃的加热炉中放置1-2h后，水洗，烘干；
(4)将烘干后的挖掘机斗齿齿尖进行镀膜处理，以Ti1-xAlx靶材作为蒸发源，N2进气量为0.03-0.05m3/h，偏压200V，温度400-420℃,时间80-100min，靶材电流100-110A，炉压2.0-4.0Pa。
2.如权利要求1所述的挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，其特征在于，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.38-0.55％、Mn：0.8-1.0％、Si：0.6-0.9％、Cr：6.5-8.0％、Ni:0.4-0.9％、V：0.5-0.8％、Mo：1.2-2.5％，余量为Fe。
3.如权利要求2所述的挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，其特征在于，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.48-0.50％、Mn：0.85-0.9％、Si：0.65-0.8％、Cr：6.8-7.5％、Ni:0.5-0.8％、V：0.55-0.7％、Mo：1.5-2％，余量为Fe。
4.如权利要求1所述的挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，其特征在于，所述挖掘机斗齿齿尖包以下重量份数的元素组成：C：0.49％、Mn：0.88％、Si：0.66％、Cr：7％、Ni:0.6％、V：0.6％、Mo：1.8％，余量为Fe。
5.如权利要求1所述的挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，其特征在于，步骤(1)中一次升温速度为30-45℃/min，二次升温速度为10-15℃/min，三次升温速度为50-65℃/min。
6.如权利要求1所述的挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，其特征在于，步骤(2)中碳、氮离子共渗时间为2.5-3.5h。
7.如权利要求1所述的挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，其特征在于，步骤(3)中硝酸溶液的浓度为20-30％。
8.如权利要求1所述的挖掘机斗齿齿尖的表面耐磨处理工艺，其特征在于，Ti1-xAlx靶材中X为0.4-0.5。
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