CN109759547B - 挖掘机斗齿及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机斗齿及其制造方法，包括冶炼、石墨型铸造、拔冒口工艺并将红热铸件送入热处理炉、预形成部分马氏体组织后进行贝氏体转变热处理工艺。本发明采用石墨型永久型铸造工艺，铸件表面光洁度和尺寸精度均优于现有技术，大幅减少造型材料的用量，固废排放显著降低；石墨型铸件晶粒组织细小，力学性能高；在浇冒口内侧放置覆膜砂壳型，降低该处石墨型冷却速度增强冒口补缩能力，使铸件实现顺序凝固，提高铸件工艺出品率；在铸型内浇口与冒口间连接部位镶嵌发热保温材料，当该处冷却到液固两相区温度时运用机械方法拔掉冒口，降低切割冒口成本；将600‑900℃的斗齿铸件送入热处理炉进行奥氏体化，显著降低热处理加热能耗。

Description

挖掘机斗齿及其制造方法

技术领域

本发明涉及挖掘机斗齿的制造技术领域，具体涉及一种挖掘机斗齿及其制造方法。

背景技术

斗齿是挖掘机的重要部件，装在挖掘机铲斗的前端，系悬臂梁构件，直接与矿石、砂土、岩石等物料接触。在接触物料时，既承受冲击作用，又承受弯矩作用，服役过程中，斗齿尖部受到较强烈的冲击滑动磨料磨损，尖部表面常出现各式犁沟、变形，造成表面磨损或脱落。因此，要求斗齿必须具有足够的强度、韧性和抗磨性。

国内外常见的斗齿制造方法包括：(1)覆膜砂铸型铸造：覆膜砂铸造的具体工艺为，采用射芯机将覆膜砂制得壳型，为防止浇注时覆膜砂铸型塌箱，一般将铸型在砂箱内摆放后填充粗砂，以增加覆膜砂铸型强度。但粗砂经反复高温后易粉化，劳动环境极差。同时，覆膜砂不能重复使用，成本较高，固废排放是今后阻碍覆膜砂铸造的主要因素。(2)失蜡法熔模铸造：此工艺过程包括压蜡模、挂砂、失蜡、高温焙烧进一步脱蜡、浇注等工序。工艺流程长，操作者劳动环境差，成本高。(3)模锻：成本最高，同时工艺水平以及斗齿质量也是最好的，但仅适用于形状简单斗齿成形，复杂形状斗齿锻造成形困难。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种挖掘机斗齿及其制造方法，以降低制造过程中能耗、固废排放和制造成本，制造得到的斗齿的力学性能高。

为实现上述目的，本发明还提供了一种挖掘机斗齿的制造方法，依次包括步骤：冶炼、石墨型铸造、拔冒口工艺并将红热铸件送入热处理炉、预形成部分马氏体组织后进行贝氏体转变热处理工艺。

冶炼具体包括以下步骤：步骤一：将原料通过电弧炉或中频感应炉冶炼得到钢液；步骤二：将钢液进行LF精炼，出钢温度1550±20℃。

石墨型铸造具体包括以下步骤：步骤一：将石墨两半型预热到180-250℃；步骤二：安装砂芯和浇冒口，喷涂石墨型专用涂料；步骤三：合型后安放浇口圈，将钢水浇入石墨型。

优选地，石墨型铸造中，浇冒口内侧镶嵌覆膜砂壳芯，利用隔热保温作用提高浇冒口的补缩能力；在内浇口与浇冒口之间镶嵌有发热冒口圈，创造此处最高的温度场条件，浇注后该处恰当温度时拔掉浇冒口。

拔冒口工艺并将红热铸件送入热处理炉具体包括以下步骤：步骤一：待铸件冷却到1350±20℃时，用铸型上方的机械装置夹持浇口圈，将浇冒口拔断；步骤二：石墨型开模，将红热铸件冷却到600-900℃时送入热处理炉。

预形成部分马氏体组织后进行贝氏体转变热处理工艺具体包括以下步骤：步骤一：将拔掉浇冒口后的600-900℃铸件升温到930±20℃，炉内保温1-3h 后，之后冷却，再进入等温热处理炉；步骤二：等温温度为200-350℃，保温 2-5h，等温后空冷。

优选地，步骤一中，冷却是以风冷或喷雾方式冷却到240-350℃；冷却的速率为2-4℃/s。

本发明还提供了根据上述方法制备得到的挖掘机斗齿。

优选地，挖掘机斗齿的显微组织为无碳化物贝氏体-马氏体-残余奥氏体复相组织。

优选地，挖掘机斗齿具有高强、高韧、高硬度；挖掘机斗齿的抗拉强度σb 为1000-1400MPa，冲击功Aku为20-35J，硬度HRC为48-55。

本发明提供的技术方案，具有如下的有益效果：

(1)本发明采用石墨型铸造，铸件的晶粒尺寸细化，力学性能强度、硬度、韧性提高，斗齿的使用寿命延长，节省开采成本，提高了挖掘机的工作效率；

(2)与覆膜砂铸造和熔模铸造相比，本发明石墨型铸造仅在浇冒口内侧镶嵌覆膜砂内衬，覆膜砂使用量仅是覆膜砂铸造的1/8，大幅降低造型材料成本和固废排放；

(3)本发明采用拔冒口技术，不仅节省切割冒口费用，而且红热铸件送入热处理炉，大幅降低热处理加热能耗；

(4)本发明采用预形成部分马氏体促进贝氏体转变热处理工艺，不仅得到马氏体-无碳化物贝氏体-残余奥氏体复相组织，而且细化贝氏体组织，显著提高斗齿的强度和韧性；

(5)本发明采用风冷或喷雾预形成部分马氏体，设备简单，不使用淬火液，实现绿色清洁热处理；

(6)本发明所提供的斗齿σb：1000-1400MPa、冲击功Aku：20-35J、硬度HRC：48-55；与现有斗齿相比，本发明所提供的斗齿的各项性能大幅提高，能够适应大功率挖掘机的采掘要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明中立式浇注工艺简图；

图2为本发明中立式浇注工艺简图；

图3为本发明中水平浇注工艺简图；

图4为本发明中水平浇注工艺简图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。本发明中材料的力学性能测试均根据相应的国家标准进行测试。

本发明的原料通过冶炼、石墨型铸造、拔冒口工艺并将红热铸件送入热处理炉、预形成部分马氏体组织后进行贝氏体转变热处理工艺得到挖掘机斗齿。其中冶炼及石墨型铸造工艺包括以下步骤：

步骤一：将原料通过电弧炉或中频感应炉冶炼得到钢液；

步骤二：将钢液进行LF精炼，出钢温度1550±20℃；

步骤三：将精炼后的钢液浇入石墨型得到铸件。

拔冒口工艺及红热铸件送入热处理炉包括以下步骤：

步骤一：待镶嵌发热材料部位冷却到1350±20℃时，用铸型上方的机械装置夹持浇口圈，将浇冒口拔断；

步骤二：石墨型开模，将红热铸件冷却到600-900℃时送入热处理炉，将铸件在930±20℃炉内保温1-3h。

预形成部分马氏体促进贝氏体转变热处理工艺，包括以下步骤：

步骤一：将铸件在930±20℃炉内保温1-3h后，以风冷或喷雾方式快速 (2-4℃/s的速度)冷却到240-350℃，然后进入等温热处理炉；

步骤二：等温度为200-350℃，保温时间2-5h，等温后空冷。

各实施例进行冶炼、铸造、热处理时的工艺参数即：VD精炼后的出钢温度，拔冒口时发热材料部位温度、红热铸件奥氏体化保温温度，风冷时冷却速度、回火处理时保温温度、冷却温度如下表1所示。

表1冶炼、轧制、球化退火时的工艺参数

按照上述工艺制造斗齿后，其力学性能如表2所示。

表2斗齿力学性能

组别	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6
							σb(Mpa)	1105	1200	1100	1200	1080	1090
AkU(J)	35	30	28	25	26	26
							HRC	48	49	50	52	51	51

本发明采用石墨型永久型铸型。在同材质铸件情况下，采用石墨型铸造显著细化铸态组织晶粒，与砂型铸造相比，可提高机械性能20％，且铸件尺寸精度高。本发明仅在浇冒口处采用覆膜砂壳芯作为内衬，减小石墨型对金属液的冷却速度，提高冒口补缩能力，提高铸件工艺出品率；型砂使用量是覆膜砂铸造工艺的1/8，显著减少固废排放。本发明的石墨型铸造显著降低造型费用；石墨型使用寿命达到3000-5000模次，铸造每件斗齿的石墨型费用为1-2元左右，而覆膜砂铸型工艺的造型成本为每件9-10元。本发明的拔冒口工艺设计及红热铸件送入热处理炉均热奥氏体化；在内浇口与浇冒口之间镶嵌有发热冒口圈，浇注后该处具有最高的温度场；当铸件凝固而该处仍处于固液两相区时，用机械方法快速拔掉浇冒口；拔掉浇冒口后，铸件约为1000-1300℃之间，随即冷却到600-900℃，将铸件送入热处理加热炉，进行铸件均热且奥氏体均匀化。本发明的预形成部分马氏体提高力学性能热处理工艺；斗齿铸件奥氏体均匀化后，采取风冷或喷雾冷却方式以2-4℃/s的速度快速降温到240-350℃，将部分奥氏体转变为马氏体，然后铸件送入等温炉内贝氏体转变，等温温度为 200-350℃，保温时间2-5h，等温后空冷；经此热处理后，铸件组织转变为马氏体-无碳化物贝氏体-残余奥氏体复相组织，显著提高强度和韧性，同时耐磨性提高。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。在这里示出和描述的所有示例中，除非另有规定，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种挖掘机斗齿的制造方法，其特征在于，依次包括步骤：

冶炼、石墨型铸造、拔冒口工艺并将红热铸件送入热处理炉、预形成部分马氏体组织后进行贝氏体转变热处理工艺；

所述拔冒口工艺并将红热铸件送入热处理炉具体包括以下步骤：

待铸件冷却到1350±20℃时，用铸型上方的机械装置夹持浇口圈，将浇冒口拔断；石墨型开模，将红热铸件冷却到600-900℃时送入热处理炉；

所述预形成部分马氏体组织后进行贝氏体转变热处理工艺具体包括以下步骤：

将拔掉浇冒口后的600-900℃铸件升温到930±20℃，炉内保温1-3h后，之后冷却，所述冷却是以风冷或喷雾方式冷却到240-350℃，所述冷却的速率为2-4℃/s；再进入等温热处理炉；等温温度为200-350℃，保温2-5h，等温后空冷；

所述石墨型铸造中，所述浇冒口内侧镶嵌覆膜砂壳芯，利用隔热保温作用提高浇冒口的补缩能力；在内浇口与浇冒口之间镶嵌有发热冒口圈，创造此处最高的温度场条件，浇注后该处恰当温度时拔掉浇冒口；

所述挖掘机斗齿的显微组织为无碳化物贝氏体-马氏体-残余奥氏体复相组织。

2.根据权利要求1所述的挖掘机斗齿的制造方法，其特征在于，所述冶炼具体包括以下步骤：

步骤一：将原料通过电弧炉或中频感应炉冶炼得到钢液；

步骤二：将所述钢液进行LF精炼，出钢温度1550±20℃。

3.根据权利要求1所述的挖掘机斗齿的制造方法，其特征在于，所述石墨型铸造具体包括以下步骤：

步骤一：将石墨两半型预热到180-250℃；

步骤二：安装砂芯和浇冒口，喷涂石墨型专用涂料；

步骤三：合型后安放浇口圈，将钢水浇入石墨型。

4.权利要求1-3任一项所述的方法制造得到的挖掘机斗齿。

5.根据权利要求4所述的挖掘机斗齿，其特征在于：

所述挖掘机斗齿的抗拉强度σb为1000-1400MPa，冲击功Aku为20-35J，硬度HRC为48-55。

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