CN110157861B - 一种截齿及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种截齿及其制备方法，属于零件制造领域。本发明中，中频感应加热焊接通过综合利用集肤效应、邻近效应和圆环效应对待焊工件进行加热焊接，焊缝机械性能与截齿本体基本相同，且焊接过程具有可精确控制顶锻温度、能最大限度消除人为因素对焊接质量干扰、稳定性高的特点，同时焊接时不会出现铸造缺陷、不会产生闪光焊灰斑，加热效率高；中频感应加热淬火具有温控精度高，硬化层均匀且硬度较高，加热速度快，生产效率高，氧化脱碳少，无污染、低耗能、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及零件制造技术领域，尤其涉及一种截齿及其制备方法。
背景技术
截齿是矿产采掘、巷道掘进、道路修建与维护等领域采用的工程机械的关键零部件，负责挖掘、刨削，并且是直接接触被施工物体的零部件，承受着巨大的冲击、磨损等严酷工况，因此，截齿也是易损零部件。该类零部件的性能及寿命直接影响了矿产采掘、巷道掘进、道路修建与维护等领域的工程进度和工程成本。
截齿的生产流程大致包括热锻、机加工、钎焊、热处理、喷丸、质检等过程，其中在热处理工艺部分，其繁杂程度部分决定了截齿产品的成本，而其工艺的合理性则决定了截齿的性能。简单的热处理工艺，能够带来良好的可操作性并降低生产成本；良好的热处理工艺设计，可以为截齿带来优良的硬质合金头与金属本体的焊接结合力、金属本体的耐磨性能、抗冲击性能和抗弯折性能。因此，热处理工艺在截齿的制造过程中举足轻重。由于截齿的服役条件极其苛刻，所以其性能要求也极为严格，研究表明，目前存在的最大难题就是截齿金属本体在承受冲击的情况下，需要具备较好的耐磨损能力。
近年来，也有很多的相关研究，但是仍然存在耐磨损性能差的问题，如中国专利200710156941.4公开了采用碳粉对截齿进行渗碳、渗硼、钼、铬，然后再进行盐浴、退火、回火处理，其步骤复杂，固体渗剂渗速慢且渗层组织不均匀，从而使产品的表面硬度不高且质量不稳定；中国专利200810123512.1公开了通过酸洗，渗碳、钛、锰处理，渗硼、钨、铬盐浴、退火处理、回火处理、喷丸处理等步骤，其工艺比较复杂，金属盐浴的设备成本高、操作复杂，且为合金化的效果有限；中国专利201510965644.9公开了利用煤油作为渗碳介质，改善渗碳工艺，但是该专利中将钎焊后经过冷却的截齿再重新加热进行渗碳，将截齿进行了两次高温加热，增加了工艺的复杂性，而且渗碳工艺之后进行了400℃左右的中温回火，导致渗碳层的硬度有所下降，耐磨性能也随之下降。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种截齿及其制备方法。本发明提供的制备方法能够提高截齿的耐磨损性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种截齿的制备方法，包括以下步骤：
将截齿本体和硬质合金进行中频感应加热焊接，得到零部件；
将所述零部件依次进行中频感应加热淬火，得到淬火部件；
对所述淬火部件进行中频感应加热回火后空冷，得到回火部件；
对所述回火部件的齿柄部分依次进行中频感应加热退火并空冷，得到截齿。
优选地，所述硬质合金包括牌号为YG4C、YG8C、ZD30或ZD15地质矿山工具用硬质合金。
优选地，所述中频感应加热焊接时中频感应与待焊工件的间隙为19～21mm，频率为300Hz～10kHz，顶锻起始温度为1220～1280℃，加热时间为到温后保持20～30s，顶锻量为2～5mm，焊接顶锻在加热停止后的5～10s内完成。
优选地，所述中频感应加热淬火的频率为300Hz～10kHz，加热温度为A3～(A3+100)℃，加热时间为到温后保持20～30s。
优选地，所述淬火的温度为10℃～Ms。
优选地，所述中频感应加热回火的频率为300Hz～10kHz，加热速率为15～20℃/s，温度为150～200℃，加热时间为到温后保持15～20s。
优选地，所述中频感应加热退火的频率为300Hz～10kHz，温度为Ac1～(Ac1-(30～50))℃，加热时间为到温后保持15～25s。
优选地，所述截齿本体的材料为42CrMo合金。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的截齿。
本发明提供了一种截齿的制备方法，包括以下步骤：将截齿本体和硬质合金进行中频感应加热焊接，得到零部件；将所述零部件依次进行中频感应加热淬火，得到淬火部件；对所述淬火部件进行中频感加热应回火后空冷，得到回火部件；对所述回火部件的齿柄部分依次进行中频感应加热退火并空冷，得到截齿。本发明中，中频感应加热焊接通过综合利用集肤效应、邻近效应和圆环效应对待焊工件进行加热焊接，焊缝机械性能与截齿本体基本相同，且焊接过程具有可精确控制顶锻温度、能最大限度消除人为因素对焊接质量干扰、稳定性高的特点，同时焊接时不会出现铸造缺陷、不会产生闪光焊灰斑，加热效率高；中频感应加热淬火具有温控精度高，硬化层均匀且硬度较高，加热速度快，生产效率高，氧化脱碳少，无污染、低耗能、成本低等优点。本发明从硬质合金焊接到截齿的热处理工艺，除一道回火工序外全部由中频感应加热完成，具有设备投资小、工艺成本低、截齿表面脱碳少、截齿晶粒尺寸细小并且综合性能好等优点。实施例的数据表明，本发明制得的截齿表面硬度为HRC60～62，硬化层厚度均匀，约为3～5mm，金属本体芯部硬度约为HRC48～50，冲击韧性值Akv可达22～25J，说明经过本发明的焊接和热处理一体化工艺后，极大地细化了晶粒尺寸，大大提高了截齿耐磨性和抗冲击性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明截齿制备时的主视图；
图2为截齿制备时的截面图；
图3为本发明制备截齿的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种截齿的制备方法，包括以下步骤：
将截齿本体和硬质合金进行中频感应加热焊接，得到零部件；
将所述零部件依次进行中频感应加热和淬火，得到淬火部件；
对所述淬火部件进行中频感应加热回火后空冷，得到回火部件；
对所述回火部件的齿柄部分依次进行中频感应加热退火和空冷，得到截齿。
本发明将截齿本体和硬质合金进行中频感应加热焊接，得到零部件。在本发明中，所述硬质合金优选包括牌号为YG4C、YG8C、ZD30或ZD15地质矿山工具用硬质合金。本发明对所述截齿本体和硬质合金的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可。
在本发明中，所述截齿本体的材料优选为42CrMo合金。
在本发明中，所述中频感应加热焊接时中频感应装置与待焊工件的间隙优选为19～21mm，更优选为20mm，频率优选为300Hz～10kHz，更优选为5kHz，顶锻起始温度优选为1220～1280℃，更优选为1250℃，加热时间优选为到温后保持20～30s，顶锻量优选为2～5mm，更优选为4mm，焊接顶锻优选在加热停止后的5～10s内完成，更优选为6s。
得到零部件后，本发明将所述零部件依次进行中频感应加热淬火，得到淬火部件。在本发明中，所述中频感应加热淬火的频率优选为300Hz～10kHz，更优选为5kHz，加热温度优选为A3～(A3+100)℃，其中A3为金属材料平衡相图的热处理特征温度，根据所述截齿本体材料的牌号再查询相图或热处理工具书得到，加热时间为到温后优选保持20～30s，更优选为25s。
在本发明中，所述淬火的温度优选为10℃～Ms，其中Ms为金属材料的马氏体开始转变温度，根据所述截齿本体材料的牌号再查询相图或热处理工具书得到，所述淬火的时间优选为中频感应加热后的部件的温度与淬火的温度一致。在本发明的实施例中，所述淬火优选使用温度为50℃的20#机械油进行喷液冷却淬火。
得到淬火部件后，本发明对所述淬火部件进行中频感应加热回火后空冷，得到回火部件。
在本发明中，所述中频加热回火的频率优选为300Hz～10kHz，更优选为2kHz，加热速率优选为15～20℃/s，更优选为18℃/s，温度优选为150～200℃，更优选为180℃，加热时间优选为到温后保持15～20s，更优选为18s。
得到回火部件后，本发明对所述回火部件的齿柄部分依次进行中频加热退火并空冷，得到截齿。
在本发明中，所述中频感应加热退火的频率优选为300Hz～10kHz，更优选为5kHz，温度优选为Ac1～(Ac1-(30～50))℃，其中Ac1为所述中频加热退火时金属学中的温度，加热时间优选为到温后保持15～25s，更优选为20s。
在本发明中，所述中频感应加热退火的理想温度为A1，在一个具体实施例中，所述A1优选为730℃，A3优选为800℃，Ms优选为310℃，在另一个具体实施例中，所述A1优选为700℃，A3优选为835℃，Ms优选为356℃。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的截齿。
下面结合实施例对本发明提供的一种截齿及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
图1为本发明截齿制备时的主视图；图中A对应A-A截面，是工程制图中表示按此截面剖切的一种表示方法，图2为截齿制备时的截面图，两圆形为同心圆，表示按A-A截面剖视并向头部方向投影得到的视图。
图3为本发明制备截齿的工艺流程图，将截齿本体和硬质合金进行中频感应加热焊接，后依次进行中频感应加热淬火，然后进行中频感应加热回火后空冷，最后依次进行中频感应加热退火和空冷，得到截齿。
实施例1
截齿采用42CrMo作为截齿本体合金材料，其热处理工艺参数为：A1为730℃，A3为800℃，Ms为310℃。工艺步骤如下：首先将截齿放置在工装上，使中频感应加热设备包围住硬质合金头(YG4C地质矿山工具用硬质合金)和截齿柄的待焊端面，调节中频感应其与待焊工件的间隙至20mm，调节中频感应器频率为5kHz，到温后保持30s，控制顶端起始温度为1250℃，顶锻量为4mm，焊接顶锻在加热停止后6s内完成。然后对截齿进行整体感应加热淬火，加热频率不变，到温后保持25s，完成感应加热后进行喷液冷却，淬火液为50℃淬火油；完成后，对截齿进行中频感应回火，调节中频感应器频率为2kHz，加热速率为18℃/s，加热温度为180℃，加热时间为到温后保持15s，最后在中频感应加热设备上对齿柄进行中频感应退火，频率为5kHz，到温后保持20s，感应加热后空冷。该工艺获得截齿表面硬度为HRC60～62，硬化层厚度均匀，约为3～5mm，金属本体芯部硬度约为HRC48～50，冲击韧性值Akv可达22～25J，说明经过本发明的焊接和热处理一体化工艺后，极大地细化了晶粒尺寸，经检测晶粒度可达10级，大大提高了截齿耐磨性和抗冲击性。
实施例2
截齿采用35CrMoV作为截齿本体合金材料，其热处理工艺参数为：A1为700℃，A3为835℃，Ms为356℃。工艺步骤如下：首先将截齿放置在工装上，使中频感应加热设备包围住硬质合金头(ZD15地质矿山工具用硬质合金)和截齿柄的待焊端面，调节中频感应其与待焊工件的间隙至20mm，调节中频感应器频率为7kHz，到温后保持30s。控制顶端起始温度为1280℃，顶锻量为3mm，焊接顶锻在加热停止后8s内完成。然后对截齿进行整体感应加热淬火，加热频率不变，到温后保持23s，完成感应加热后进行喷液冷却，淬火液为20℃淬火油；对截齿进行中频感应回火，调节中频感应器频率为2kHz，加热速率为20℃/s，加热温度为200℃，加热时间为到温后保持18s，最后在中频感应加热设备上对齿柄进行中频感应退火，频率为2kHz，到温后保持20s，感应加热后空冷。该工艺获得截齿表面硬度为HRC 60～62，硬化层厚度均匀，约为2～4mm，金属本体芯部硬度约为HRC48～50，冲击韧性值Akv可达22～24J，说明经过本发明的焊接和热处理一体化工艺后，极大地细化了晶粒尺寸，经检测晶粒度为10级，大大提高了截齿耐磨性和抗冲击性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种截齿的制备方法，其特征在于，具体为以下步骤：
将材料为42CrMo合金的截齿本体和YG4C地质矿山工具用硬质合金进行中频感应加热焊接，得到零部件；所述中频感应加热焊接时中频感应与待焊工件的间隙为20mm，频率为5kHz，到温后保持30s，控制顶锻起始温度为1250℃，顶锻量为4mm，焊接顶锻在加热停止后6s内完成；
将所述零部件依次进行中频感应加热淬火，得到淬火部件；所述中频感应加热淬火的频率为5kHz，加热温度为A3～(A3+100)℃，加热时间为到温后保持25s；淬火液为50℃淬火油；
对所述淬火部件进行中频感应加热回火后空冷，得到回火部件；所述中频感应加热回火的频率为2kHz，加热速率为18℃/s，温度为180℃，加热时间为到温后保持15s；
对所述回火部件的齿柄部分依次进行中频感应加热退火并空冷，得到截齿；所述中频感应加热退火的频率为5kHz，温度为Ac1～(Ac1-(30～50))℃，其中Ac1为所述中频加热退火时金属学中的温度，加热时间为到温后保持20s。
2.权利要求1所述的制备方法制得的截齿。
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