CN110373521A - Tbm滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热处理技术领域。一种TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,将若干滚刀刀圈依次叠放,并通过上下对应设置的上托盘和下托盘紧固固定,形成刀圈组合;加热所述刀圈组合至设定淬火温度;将所述刀圈组合淬入Ms‑50℃~Ms的介质中,并等温处理,再对等温处理后的刀圈组合进行淬火冷却,其中Ms为马氏体转变起始温度;然后对淬火冷却后的刀圈组合进行1次低温回火及2~3次高温回火处理。本发明既能够保证刀圈刃部的高硬高耐磨,又能够使刀圈芯部韧性更好。同一材料,同样的硬度指标要求,相比于常规的工艺热处理,本发明的工艺使得刀圈的冲击韧性得到提升,尤其是刀圈芯部的冲击韧性提高显著,能够明显改善碾环成型刀圈固有的芯部抗冲击韧性较差的劣势。
Description
技术领域
本发明属于隧道掘进机滚刀刀圈的复相强韧化热处理技术领域,具体涉及一种TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺。
背景技术
滚刀作为隧道掘进机(TBM)刀盘上压入岩层破岩的“牙齿”,滚刀的使用寿命直接影响着施工效率与成本,其中最关键因素就是滚刀刀圈的性能。为保证TBM的高效破岩掘进,就要求滚刀刀圈高硬、高耐磨的同时有着更高的冲击韧性,以降低掘进过程中受冲击时异常损坏(崩刃、崩裂)的风险;因为硬度、耐磨性与冲击韧性是相互矛盾的性能指标,常规采用的热处理方法只能够在硬度与冲击韧性两者间做出妥协,无法兼得;在软硬不均、基岩突起、并且磨蚀性高的恶劣地层,这种滚刀刀圈常因为耐磨性较差或者刀圈大量的异常断裂,降低掘进施工效率、增加施工成本。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题和不足,提供一种TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其通用性强,能够适用于不同规格的刀圈的热处理,有效提高刀圈芯部的冲击韧性,提高刀圈刃部的高硬高耐磨性能。
为达到上述目的,所采取的技术方案是:
一种TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,具体包括以下步骤:
a、将若干滚刀刀圈依次叠放,并通过上下对应设置的上托盘和下托盘紧固固定,形成刀圈组合;
b、加热所述刀圈组合至设定淬火温度;
c、将所述刀圈组合淬入Ms-50℃~Ms的介质中,并等温处理,再对等温处理后的刀圈组合进行淬火冷却,其中Ms为马氏体转变起始温度;
d、对淬火冷却后的刀圈组合进行回火处理。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,在步骤a中,所述上托盘和所述下托盘之间设置有芯轴,所述芯轴的两端设置有紧固螺母。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,在步骤b中,所述刀圈组合加热至设定淬火温度前,至少进行一次加热等温处理。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,所述设定淬火温度为1000℃~1120℃,并保温40~70min;所述加热等温处理的温度为650℃~850℃,并等温1h~2h。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,所述刀圈组合经过650℃和850℃两次加热等温处理,并各等温1h。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,在步骤c中,首先将刀圈组合淬入Ms-50℃~Ms的盐浴中,并等温2~3h;再将刀圈组合淬入油中冷却20-40min。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,在步骤d中,先将淬火冷却后的刀圈组合装入马弗炉中,加热至Ms~Ms+50℃并保温4~6h,出炉空冷,完成低温回火处理;再对刀圈组合进行2~3次的高温回火处理。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,所述高温回火处理的温度为500~530℃,保温4~6h后,出炉空冷。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,还包括蓄热体,滚刀刀圈匹配套在蓄热体外侧,并与所述上托盘和所述下托盘紧固连接。
根据本发明TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,优选地,所述蓄热体为氧化铝陶瓷圆柱体。
采用上述技术方案,所取得的有益效果是:
本发明热处理的刀圈,刀圈刃部与芯部的组织构成略有不同,既能够保证刀圈刃部的高硬高耐磨,又能够使刀圈芯部硬度略低,韧性更好。同一材料,同样的硬度指标要求,相比于常规的工艺热处理(刀圈整体进行油淬+高温回火),采用本发明的工艺进行热处理,刀圈的冲击韧性得到提升,尤其是刀圈芯部的冲击韧性提高显著,能够明显改善碾环成型刀圈固有的芯部抗冲击韧性较差的劣势。
本发明的结构简单,操作方便,通用性强,能够适用17-20寸各种规格的滚刀刀圈热处理,并且能够以更低廉的成本生产出更高性能的刀圈,性价比更高,值得推广使用。
本申请相较于传统的工艺,对各工艺步骤均进行了更进一步的细化,从而保障各个处理工艺步骤中处理质量,使得整个刀圈组合的性能得到有效的、有序的、高质量的变化和提升;本申请对滚刀刀圈的处理,能够更进一步的刀圈刃部和刀圈芯部的性能,提高滚刀刀圈的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中,附图仅仅用于展示本发明的一些实施例,而非将本发明的全部实施例限制于此。
图1为根据本发明实施例的刀圈组合的结构示意图。
图2为根据本发明实施例的刀圈的结构示意图。
图中序号:
100为芯轴、200为紧固螺母、300为上托盘、400为刀圈、500为下托盘。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、技术特征和技术效果更加清楚,下文中将结合本发明具体实施例的附图,对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。
本发明一种TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,具体包括以下步骤:
a、将若干滚刀刀圈依次叠放,并通过上下对应设置的上托盘和下托盘紧固固定,形成刀圈组合,其中,上托盘和下托盘之间设置有芯轴100,芯轴的两端设置有紧固螺母200,为了保障刀圈组合的稳定性,可以在刀圈的内部设置套管或定位杆,也可以设置蓄热体,蓄热体采用高纯氧化铝陶瓷圆柱体,滚刀刀圈匹配套在蓄热体外侧,在蓄热体中部设置有通孔,蓄热体、上托盘和下托盘通过芯轴连接固定;
b、将刀圈组合装入过热处理炉中,并至少进行一次加热等温处理后,加热刀圈组合至设定淬火温度;其中,设定淬火温度为1000℃~1120℃,达到设定的淬火温度后保温40~70min;加热等温处理的温度为650℃~850℃,其等温时间为1h~2h;本申请中优选地,对刀圈组合经过650℃和850℃两次加热等温处理,并各等温1h;
c、将刀圈组合淬入Ms-50℃~Ms的盐浴中,并等温处理2~3h,再将等温处理后的刀圈组合淬入油中冷却20-40min,其中Ms为马氏体转变起始温度;
d、对淬火冷却后的刀圈组合进行1次低温回火与2~3次高温处理;具体的,本实施例中先将淬火冷却后的刀圈组合装入马弗炉中,加热至Ms~Ms+50℃并保温4~6h,出炉空冷;再对刀圈组合进行2~3次的高温回火处理,回火处理的温度为500~530℃,保温4~6h后,出炉空冷。
以下结合以材质为5Cr5MoSiV1钢的20寸滚刀刀圈和LD钢的20寸滚刀刀圈为例,分别进行说明其热处理工艺步骤。
实施例1
本实施例以材质为5Cr5MoSiV1钢的20寸滚刀刀圈的为例对刀圈的强韧化热处理工艺做简要说明。
1.加工制作完成20寸刀圈组合相适应的淬火紧固工装各零部件(芯轴、上托盘、下托盘);
2.将芯轴旋入拧紧到下托盘,依次吊装若干20寸刀圈至下托盘上,将上托盘套装在芯轴上并与最上层刀圈紧密贴合后,紧固螺母旋进拧紧刀圈组合。
3.将刀圈组合装入热处理炉中,经650℃与850℃两段各等温1h后,加热至淬火温度1080℃,并保温40min后,出炉淬入250℃的盐浴中并等温2h,然后,将刀圈组合自盐浴中提出并淬入油中冷却20min后,出油空冷。
4.冷却后的刀圈组合立即装入马弗炉中,加热至320℃并保温4h后,出炉空冷至室温。
5.再次将刀圈组合装入马弗炉中,在510℃回火处理2次,即完成刀圈组合的热处理。
热处理完成后,自刀圈刃部、芯部分别取样进行硬度、韧性检测。刀圈刃部:硬度58-60HRC,平均冲击功AKU2>16.5J;刀圈芯部:硬度57-59HRC,平均冲击功AKU2>18.0J。相对于常规工艺处理的5Cr5MoSiV1刀圈,在保证刀圈刃部有效使用区域的硬度相同的前提下,刀圈经本发明的工艺热处理,刀圈芯部的冲击功至少提高了近43%。
实施例2
本实施例以LD钢的20寸滚刀刀圈为例说明。
1.加工制作完成20寸刀圈组合相适应的淬火紧固工装各零部件(芯轴、上托盘、下托盘);
2.将芯轴旋入拧紧到下托盘5,依次吊装若干20寸刀圈至下托盘上,将上托盘套装在芯轴1上并与最上层刀圈紧密贴合后,螺母旋进拧紧刀圈组合。
3.将刀圈组合装入热处理炉中,经650℃与850℃两段各等温1h后,加热至淬火温度1120℃,并保70min后,出炉淬入150℃的盐浴中并等温3h,然后,将刀圈组合自盐浴中提出并淬入油中冷却40min后,出油空冷。
4.冷却后的刀圈组合立即装入马弗炉中,加热至220℃并保温6h后,出炉空冷至室温。
5.再次将刀圈组合装入马弗炉中,在530℃回火处理3次,即完成刀圈组合的热处理。
热处理完成后,自刀圈刃部、芯部分别取样进行硬度、韧性检测。刀圈刃部:硬度60-62HRC,平均冲击功AKU2>7J;刀圈芯部:硬度59-61HRC,平均冲击功AKU2>9.5J。相对于经常规热处理的LD刀圈,在保证刀圈刃部有效磨损区域硬度相同的前提下,采用本发明工艺热处理,刀圈芯部的冲击功至少提高了约27%,滚刀刀圈的综合力学性能得到提升。
上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式,然而本领域技术人员可理解的是,在不背离本发明理念的前提下,可以对上述具体实施例做出多种变型和改型,且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合,而不超出本发明的保护范围,本发明的保护范围由所附的权利要求确定。
Claims (10)
1.一种TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,具体包括以下步骤:
a、将若干滚刀刀圈依次叠放,并通过上下对应设置的上托盘和下托盘紧固固定,形成刀圈组合;
b、加热所述刀圈组合至设定淬火温度;
c、将所述刀圈组合淬入Ms-50℃~Ms的介质中,并等温处理,再对等温处理后的刀圈组合进行淬火冷却,其中Ms为马氏体转变起始温度;
d、对淬火冷却后的刀圈组合进行1次低温回火和2~3次高温回火处理。
2.根据权利要求1所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,在步骤a中,所述上托盘和所述下托盘之间设置有芯轴,所述芯轴的两端设置有紧固螺母。
3.根据权利要求1所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,在步骤b中,所述刀圈组合加热至设定淬火温度前,至少进行一次等温处理。
4.根据权利要求3所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,所述设定淬火温度为1000℃~1120℃,并保温40~70min;所述加热等温处理的温度为650℃~850℃,并等温1h~2h。
5.根据权利要求4所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,所述刀圈组合经过650℃和850℃两次加热等温处理,并各等温1h。
6.根据权利要求1所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,在步骤c中,首先将刀圈组合淬入Ms-50℃~Ms的盐浴中,并等温2~3h;再将刀圈组合淬入油中冷却20~40min。
7.根据权利要求1所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,在步骤d中,先将淬火冷却后的刀圈组合装入热处理炉中,加热至Ms~Ms+50℃并保温4~6h,出炉空冷,完成低温回火处理;再对刀圈组合进行2~3次高温回火处理。
8.根据权利要求7所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,所述高温回火处理的温度为500~530℃,保温4~6h后,出炉空冷。
9.根据权利要求1所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,还包括蓄热体,滚刀刀圈匹配套在蓄热体外侧,并与所述上托盘和所述下托盘紧固连接。
10.根据权利要求9所述的TBM滚刀刀圈复相强韧化热处理工艺,其特征在于,所述蓄热体为氧化铝陶瓷圆柱体。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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