CN108893670A - 一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺 - Google Patents

一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺，包括下列质量百分比的成分：C3.5‑3.8％，Si2.6‑3.0％，Mn0.5‑0.6％，Ni1.3‑1.5％，Mo0.7‑0.8％，Cu1.2‑1.4％，Cr0.3‑0.4％，S<0.03％，P<0.07％,余量为Fe。制备工艺包括：采用消失模铸造工艺获得斗齿泡沫模样；按照配比配料熔化，进行球化和孕育处理获得铸铁铁水溶液；将铸铁铁水溶液浇入斗齿泡沫模样，获得铸件，铸件冷却后开箱去壳吹风冷却；待铸件进一步冷却，将铸件放入保温材料保温后取出空冷至室温；去除浇注系统及清理铸件表面，获得挖掘机斗齿。挖掘机斗齿具有强韧性、高耐磨和抗疲劳性能。

Description

一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺。
背景技术
斗齿是挖掘机中最为关键的零件也是磨损最严重的零件。挖掘机的作业对象包括矿石、砂土、岩石和土等,工况条件十分恶劣，尤其是大型矿山挖掘机。挖掘作业过程中，当斗齿接触矿石时,将受到冲击作用,斗齿插入矿石堆时,矿石在齿面上滑动,矿石的棱角切削或犁削斗齿基材表面,这种磨损属高冲击、高应力滑动磨料磨损。矿石越硬、块度越大、冲击速度越高,斗齿磨损越快。另一方面，在装入物料过程中斗齿还要承受一定的弯矩作用。因此,斗齿表面不仅容易磨损而且可能产生断裂。
传统的斗齿一般采用高锰铸钢或低合金耐磨铸钢,高锰钢虽然具有良好的韧性,但在冲击力不大的工作条件下,其耐磨性不能得到充分发挥,寿命较短；低合金耐磨钢的优点是合金含量低,价格较低，但需严格的热处理，工艺周期长，而且往往不能同时获得高硬度和高的强韧性。也有一些企业采用两种材料来复合制造斗齿，即以高锰钢或低碳合金钢为基体,再镶铸硬质合金或高铬白口铸铁，或者在高锰钢或低碳合金钢的基体表面上再堆焊一层高硬度的耐磨合金层。但采用这些制造工艺生产，不仅劳动强度较大,生产效率低，而且制造工艺复杂,制造难度较大，质量不易保证。而且传统铸造工艺存在铸件精度低，废品率高等问题，而采用消失模铸造方法生产铸钢件又存在增碳问题。
发明内容
本发明提供了一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺，其克服了背景技术中存在的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿，包括下列质量百分比的化学成分：
C 3.5-3.8％，Si 2.6-3.0％，Mn 0.5-0.6％，Ni 1.3-1.5％，Mo 0.7-0.8％，Cu1.2-1.4％，Cr 0.3-0.4％，S<0.03％，P<0.07％,余量为Fe。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
一种制备高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿的工艺，包括以下步骤：
(1)将预发泡的聚苯乙烯珠粒放入成型模具中发泡成型，获得挖掘机斗齿的聚苯乙烯泡沫模样；
(2)采用聚苯乙烯泡沫板材切割制成浇注系统，并将该浇注系统粘结到聚苯乙烯泡沫模样对应的位置上，获得包括聚苯乙烯泡沫模样和浇注系统整合于一体的整体泡沫模样；
(3)在整体泡沫模样的表面涂刷耐火涂料浆层并进行干燥，获得涂层厚度为1-1.2mm的带涂层的整体泡沫模样；
(4)以生铁、废钢为原材料，采用中频感应炉熔炼，待生铁、废钢熔化后，加入电解镍板、紫铜板、65锰、60钼铁和75硅铁进行熔化，加入球化剂和孕育剂进行球化和孕育处理，获得铸铁铁水溶液；
(5)将带涂层的整体泡沫模样埋入砂箱的干砂中，震实，并在真空度为0.05-0.07MPa的真空条件下将铸铁铁水溶液由浇注系统浇入，通过铸铁铁水溶液的高温使带涂层的整体泡沫模样中的聚苯乙烯泡沫熔化、气化，铸铁铁水溶液填充聚苯乙烯泡沫模样对应的部分，浇注完毕后继续抽真空，冷却到900℃开箱落砂并进行风冷，获得铸件；
(6)待铸件冷却至450-500℃，将铸件置入保温材料中，保温75-90mi n后取出，空冷至室温；
(7)取出铸件，将浇注系统切割分离并清理铸件表面，获得奥贝球铁挖掘机斗齿。
优选地，步骤(3)中，所述涂层的厚度为1mm。
优选地，步骤(4)中，所述铸铁铁水溶液的出铁温度为1550-1600℃。
优选地，步骤(5)中，所述铸铁铁水溶液浇入浇筑系统的浇注温度为1380-1400℃。
优选地，步骤(5)中，所述真空度为0.06MPa。
优选地，步骤(6)中，所述保温材料为碳酸铝纤维棉。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明所述的奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺，在制备过程中无需对铸件进行热处理，而是通过添加少量合金元素与控制冷却过程相结合的方法，在消失模铸造条件下获得奥氏体-贝氏体球墨铸铁，在去除浇注系统及清理铸件表面后，获得该挖掘机斗齿。获得的挖掘机斗齿是奥氏体-贝氏体球墨铸铁，其心部具有较高的强韧性，其表面在冲击载荷下会发生冷作硬化和应力诱发马氏体相变，使斗齿在冲击载荷作用下，其表面兼具高耐磨性及抗疲劳性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
实施例：
本发明提供了一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿，包括下列质量百分比的化学成分：
C 3.5-3.8％，Si 2.6-3.0％，Mn 0.5-0.6％，Ni 1.3-1.5％，Mo 0.7-0.8％，Cu1.2-1.4％，Cr 0.3-0.4％，S<0.03％，P<0.07％,余量为Fe。
如图1所示，其制造工艺包括如下步骤：
S11、将预发泡的聚苯乙烯珠粒放入成型模具中发泡成型，获得挖掘机斗齿的聚苯乙烯泡沫模样；
S12、采用聚苯乙烯泡沫板材切割制成浇注系统，并将该浇注系统粘结到聚苯乙烯泡沫模样对应的位置上，获得包括聚苯乙烯泡沫模样和浇注系统整合于一体的整体泡沫模样；
S13、在整体泡沫模样的表面涂刷耐火涂料浆层并进行干燥，获得涂层厚度为1mm的带涂层的整体泡沫模样；
S14、以生铁、废钢为原材料，采用中频感应炉熔炼，待生铁、废钢熔化后，加入电解镍板、紫铜板、65锰、60钼铁和75硅铁进行融化，加入球化剂和孕育剂进行球化和孕育处理，获得铸铁铁水溶液，其中出铁温度为1550-1600℃；
S15、将带涂层的整体泡沫模样埋入砂箱的干砂中，震实，并在真空度为0.06MPa的真空条件下将铸铁铁水溶液由浇注系统浇入，浇注温度为1380-1400℃。通过铸铁铁水溶液的高温使带涂层的整体泡沫模样中的聚苯乙烯泡沫熔化、气化，铸铁铁水溶液填充聚苯乙烯泡沫模样对应的部分，浇注完毕后继续抽真空，冷却到900℃开箱落砂并进行风冷，获得铸件；
S16、待铸件冷却至500℃，将铸件置入保温材料中，具体地，保温材料为碳酸铝纤维棉，保温时间为90mi n，再将其空冷至室温，即可在铸态下获得奥氏体-贝氏体球墨铸铁；
S17、取出铸件，将浇注系统切割分离并清理铸件表面，获得奥贝球铁挖掘机斗齿。
本发明所述的奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺，在制备过程中无需对铸件进行热处理，而是通过添加少量合金元素与控制冷却过程相结合的方法，在消失模铸造条件下获得球墨铸铁，在去除浇注系统及清理铸件表面后，获得该挖掘机斗齿。获得的挖掘机斗齿是奥氏体-贝氏体球墨铸铁，其心部具有较高的强韧性，其表面在冲击载荷下会发生冷作硬化和应力诱发马氏体相变，使斗齿在冲击载荷作用下，其表面兼具高耐磨性及抗疲劳性能。
对该奥贝球铁挖掘机斗齿进行取样分析，并测试其力学性能，按上述成分配方和制备工艺生产，组织为奥氏体-贝氏体，奥氏体含量为22-25％，球化效果良好，硬度可达HRC52-56，抗拉强度可达980-1000MPa，冲击韧度>26J/cm2。
上述仅为本发明所述的一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿及其制备工艺的一个具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种高耐磨强韧性奥贝球铁挖掘机斗齿，其特征在于，包括下列质量百分比的化学成分：
C 3.5-3.8％，Si 2.6-3.0％，Mn 0.5-0.6％，Ni 1.3-1.5％，Mo 0.7-0.8％，Cu 1.2-1.4％，Cr 0.3-0.4％，S<0.03％，P<0.07％,余量为Fe。
2.一种制备如权利要求1所述的奥贝球铁挖掘机斗齿的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将预发泡的聚苯乙烯珠粒放入成型模具中发泡成型，获得挖掘机斗齿的聚苯乙烯泡沫模样；
(2)采用聚苯乙烯泡沫板材切割制成浇注系统，并将该浇注系统粘结到聚苯乙烯泡沫模样对应的位置上，获得包括聚苯乙烯泡沫模样和浇注系统整合于一体的整体泡沫模样；
(3)在整体泡沫模样的表面涂刷耐火涂料浆层并进行干燥，获得涂层厚度为1-1.2mm的带涂层的整体泡沫模样；
(4)以生铁、废钢为原材料，采用中频感应炉熔炼，待生铁、废钢熔化后，加入电解镍板、紫铜板、65锰、60钼铁和75硅铁进行熔化，加入球化剂和孕育剂进行球化和孕育处理，获得铸铁铁水溶液；
(5)将带涂层的整体泡沫模样埋入砂箱的干砂中，震实，并在真空度为0.05-0.07MPa的真空条件下将铸铁铁水溶液由浇注系统浇入，通过铸铁铁水溶液的高温使带涂层的整体泡沫模样中的聚苯乙烯泡沫熔化、气化，铸铁铁水溶液填充聚苯乙烯泡沫模样对应的部分，浇注完毕后继续抽真空，冷却到900℃开箱落砂并进行风冷，获得铸件；
(6)待铸件冷却至450-500℃，将铸件置入保温材料中，保温75-90min后取出，空冷至室温；
(7)取出铸件，将浇注系统切割分离并清理铸件表面，获得奥贝球铁挖掘机斗齿。
3.根据权利要求2所述的奥贝球铁挖掘机斗齿制作工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述涂层的厚度为1mm。
4.根据权利要求2所述的奥贝球铁挖掘机斗齿制作工艺，其特征在于，步骤(4)中，所述铸铁铁水溶液的出铁温度为1550-1600℃。
5.根据权利要求2所述的奥贝球铁挖掘机斗齿制作工艺，其特征在于，步骤(5)中，所述铸铁铁水溶液浇入浇注系统的浇注温度为1380-1400℃。
6.根据权利要求2所述的奥贝球铁挖掘机斗齿制作工艺，其特征在于，步骤(5)中，所述真空度为0.06MPa。
7.根据权利要求2所述的奥贝球铁挖掘机斗齿制作工艺，其特征在于，步骤(6)中，所述保温材料为碳酸铝纤维棉。
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