CN113587638A - 一种制备热成形农机具耐磨件的加热炉及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备热成形农机具耐磨件的加热炉及方法，属于农机具制造技术领域。技术方案是：包含加热炉炉体（1）、传送履带（2）、履带传动轮机构（3）和履带冷却系统（4），加热炉炉体（1）设有传送履带入口和传送履带出口，传送履带（2）通过履带传动轮机构（3）单向循环于加热炉炉体（1）和履带冷却系统（4）中。本发明的有益效果是：适用于锰硼钢、薄规格耐磨钢、低合金调质钢、马氏体不锈钢等多种农机具耐磨件常用材料，可以有效抑制加热过程中产生的表面脱碳层，制备出具有良好耐磨性能的各类热成形农机具耐磨件，而且操作简便，产品性能稳定。

Description

一种制备热成形农机具耐磨件的加热炉及方法
技术领域
本发明涉及一种制备热成形农机具耐磨件的加热炉及方法，属于农机具制造技术领域。
背景技术
农机具耐磨件主要是与土壤、秸秆、籽粒等磨损介质直接接触的各种刃具类工作部件，广泛应用于旋耕机、玉米青储机、收获机等多个产品门类。而选材及制备工艺，将直接决定农机具耐磨件的性能和使用寿命。
在农机具耐磨件的选材方面，为节约制造成本，普遍采用钢铁材料。材料对标分析结果表明，发达国家在生产耐磨件时，根据各类农机具涉及的磨损介质和服役工况差异，选用的钢材品种呈现出多样化、定制化的特点。以德国克拉斯(CLAAS)玉米青储机割台为例，锯片采用马氏体不锈钢制成，可适应秸秆磨损和作物汁液腐蚀工况；粉碎机内衬采用布氏硬度400HB级别的薄规格低成本耐磨钢制成，可有效承受作物秸秆长时间的持续磨损；喂料器刀盘采用低合金调质钢制成，具有良好的淬透性和综合力学性能。通过调研，目前国内的农机具耐磨件普遍采用65Mn钢制成，也有部分厂家采用30MnB5、22MnB5这样的锰硼钢材料。可见与发达国家相比，国内厂家在生产农机具耐磨件时，候选材料的种类比较少，钢材品种也相对低端。因此不断丰富候选材料种类，进而根据具体的服役工况来合理选用材料并实现选材定制化，将是国内农机具耐磨件制造行业未来发展的主要方向。
在农机具耐磨件的制备工艺方面，目前国内厂家普遍采用传统的淬火+回火方法。这种方法存在明显的缺点：首先，在淬火前的加热和保温过程中，钢材表面容易因氧化而出现脱碳层，进而影响产品的耐磨性能和使用寿命；其次，淬火工艺对操作人员的经验要求较高，而不同的操作人员，容易造成不同厂家和批次产品性能的波动；同时，淬火特别是在矿物油中淬火，存在环境污染。与淬火+回火方法相比，热成形工艺能够同时完成零部件的冲压成形和淬火冷却，具有操作简便、成本低廉、质量稳定、尺寸精度良好等优点，已经成为制造汽车高强钢零部件的重要方法。然而在农机具耐磨件领域，热成形工艺的研究及应用则鲜见报道。CN105358720A公开了一种耐磨的、至少部分未涂覆的钢制零件，其中就包括经热成形和模压淬火工艺制备的农业机械零件，该方法利用零件表面的渗碳或渗氮层来获得良好的耐磨性。CN105033098A公开了一种高强度、高韧性、耐磨圆盘耙片的制造方法，该方法采用热成形及模具淬火、回火工艺，获得了综合性能良好的锰硼钢耙片。结合国内外农机具耐磨件选材的定制化和多样化发展趋势，在确保产品质量和性能稳定性的前提下，如何充分利用热成形工艺的优势和特点，进一步丰富并拓展其适用的钢材类型，仍然需要更加深入的研究和讨论。
利用热成形方法制备农机具耐磨件并且满足材料定制化、多样化的要求，需要解决以下问题：首先，要在国内外农机具耐磨件常用的钢材品种当中，确定哪些品种适用于热成形工艺，或者说哪些品种的淬透性能够满足热成形工艺的需要；同时，应当解决钢板料片在加热和保温过程中容易出现氧化脱碳这一共性问题。前期研究结果表明，在国内外农机具耐磨件常用的钢材品种当中，以30MnB5、22MnB5为代表的锰硼钢的上临界冷却速率(即只发生马氏体转变所需的最小冷却速率)约为27℃/s，以NM400、NM450为代表的耐磨钢在6-15℃/s之间，以20Cr13、30Cr13为代表的Cr13型马氏体不锈钢约为9℃/s，以42CrMo、50CrMo为代表的低合金调质钢约为3℃/s，以65Mn为代表的碳素弹簧钢在35℃/s以上；而对于厚度6mm的零部件，热成形模具能够提供的冷却速率一般能够达到30℃/s以上；因此从理论上讲，热成形方法可以用于锰硼钢、耐磨钢、马氏体不锈钢及低合金调质钢，而65Mn等碳素弹簧钢则不建议使用。氧化脱碳则是在加热和保温过程中，料片表面与加热气体介质中的O2、CO2、水蒸气等氧化性物质之间发生的复杂物理化学变化所致，前期研究结果表明，传统的N2、Ar等惰性气体介质对防止钢材氧化脱碳的保护效果有限，应当采用含有H2等还原性气体的混合惰性气体介质，并同时限制气体介质中的水蒸气含量，将露点控制在-30℃以下，方可有效抑制氧化脱碳发生。
综合以上因素，本发明提供了一种能够同时满足上述要求的制备热成形农机具耐磨件的方法，以及配套使用的加热炉设计方案。该方法和设计方案属完全自主创新，国内没有此方面的专利。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备热成形农机具耐磨件的加热炉及方法，可以有效抑制加热过程中产生的表面脱碳层，制备出具有良好耐磨性能的各类热成形农机具耐磨件，解决背景技术中存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种制备热成形农机具耐磨件的加热炉，该加热炉是由加热炉炉体、传送履带、履带传动轮机构和履带冷却系统组成。其中，加热炉炉体采用连续隧道式设计并用于钢板料片的加热；传送履带作为钢板料片的输送载体贯穿于加热炉炉体和履带冷却系统内部，并在履带传动轮机构的驱动下进行单向循环移动；履带传动轮机构由电动机驱动并用于带动传送履带单向移动；履带冷却系统同样采用连续隧道式设计并用于传送履带的冷却及干燥。
加热炉炉体安装在履带冷却系统的上方，履带传动轮机构共四组，并分别安装在加热炉炉体和履带冷却系统的入口及出口部位，传送履带贯穿于加热炉炉体和履带冷却系统内部，从而共同组成用于制备热成形农机具耐磨件的加热炉。
所述的加热炉炉体包括预热段、加热段、均热前段和均热后段四个部分，四个部分之间以炉墙隔开；加热炉炉体分为内外两层，外层为炉外壳钢板，内层为耐火材料制成的炉内衬；为抑制空气进入炉内造成钢板料片氧化脱碳，在加热炉炉体的前后出入口分别装有上入口密封机构、下入口密封机构、上出口密封机构和下出口密封机构，四组密封机构的构造相同，均主要由密封辊架、弹簧和密封辊组成，密封机构通过密封辊架安装固定在炉外壳钢板上，密封辊在其自身重力的作用下与炉外壳钢板和传送履带紧密接触并阻挡空气进入，当钢板料片经过并冲击密封辊时，密封辊在其自身重力和弹簧的作用下可以被动升降，并配合钢板料片进出加热炉炉体；为抑制传送履带在加热炉炉体内下垂，在预热段与加热段之间、加热段与均热前段之间、均热前段与均热后段之间的炉墙上各安装固定有一组炉内履带支撑机构，其主体为炉内履带支撑辊，炉内履带支撑辊可以随着传送履带的移动而被动旋转；传送履带作为钢板料片的输送载体贯穿于加热炉炉体内部，当传送履带携带钢板料片进入加热炉炉体后，将以相同的速度依次通过预热段、加热段、均热前段和均热后段，料片通过四个部位所需的时间比值(即四个部位内部的长度比值)为预热段:加热段:均热前段:均热后段＝5:3:3:2；预热段内部的气体介质为该加热炉加热段、均热前段和均热后段排出的保护气氛，气体介质由炉内气氛连通管通入，并由热风排气管排出并输送至履带冷却系统用于吹干传送履带表面残留的脱盐水，预热段内部温度控制在200-300℃范围内，以炉内气氛连通管通入的保护气氛中的余热作为主要热源，同时设有煤气辐射管作为备用热源，预热段内部温度由热电偶实时监测，并通过预热段控温箱自动控制煤气辐射管的煤气流量来实现自动准确控温；加热段位于预热段后方，内部的保护气氛为H2体积分数约为3％、露点在-30℃以下的N2+H2混合气，保护气氛由N2+H2输入管道通入，并由炉内气氛连通管排出并进入预热段，加热段以煤气辐射管作为热源，出口部位的温度可以根据需要在850-960℃范围内灵活设定和调整，通过热电偶对温度进行实时监测，并通过加热段控温箱自动控制煤气辐射管的煤气流量来实现自动准确控温；均热前段位于加热段后方，内部的保护气氛为H2体积分数约为3％、露点在-30℃以下的N2+H2混合气，保护气氛由N2+H2输入管道通入，并由炉内气氛连通管排出并进入预热段，均热前段以煤气辐射管作为热源，内部温度可以根据需要在850-960℃范围内灵活设定和调整，通过热电偶对温度进行实时监测，并通过均热前段控温箱自动控制煤气辐射管的煤气流量来实现自动准确控温；均热后段位于均热前段后方，内部的保护气氛为露点在-30℃以下的N2，保护气氛由N2输入管道通入，并由炉内气氛连通管排出并进入预热段，均热后段以电辐射管作为热源，内部温度可以根据需要在850-960℃范围内灵活设定和调整并且与均热前段持平，通过热电偶和均热后段控温箱对温度进行实时监测与自动准确控温。
所述的传送履带贯穿于加热炉炉体和履带冷却系统内部，并在履带传动轮机构和电动机的驱动下进行单向循环移动，作为输送载体，它能够携带钢板料片依次通过加热炉炉体的预热段、加热段、均热前段和均热后段并完成料片的加热过程；传送履带由普通履带节、防滑履带节和传动履带节组装而成，为确保传送履带在高温条件下的使用寿命，三种履带节均采用GH4169或者其它牌号的高温合金加工制成；普通履带节的主要作用是承受钢板料片的重量载荷，防滑履带节的主要作用是防止钢板料片在输送过程中的前后方向滑动，传动履带节安装在横向相邻的普通履带节或防滑履带节之间，主要作用是通过与履带传动轮机构啮合从而带动传送履带单向循环移动。
所述的履带传动轮机构共有四组，分别安装在加热炉炉体和履带冷却系统的入口及出口部位，由电动机驱动并用于带动传送履带进行单向循环移动和转向；履带传动轮机构由履带支撑轮、履带传动轮、传动轴等主要部件组装而成，其中履带支撑轮和履带传动轮交替排列；履带支撑轮是中心带有键槽的光滑圆轮，不具备传动作用，其主要功能是对传送履带当中的普通履带节和防滑履带节起支持和转向作用；履带传动轮是中心带有键槽的12齿圆柱齿轮，其主要功能是通过与传动履带节啮合从而带动传送履带移动和转向；传动轴由电动机驱动，其主要功能是通过与履带支撑轮、履带传动轮中心的键槽配合，带动履带支撑轮和履带传动轮同步旋转并使传送履带获得动能。
所述的履带冷却系统包括喷淋冷却段和热风干燥段两个部分，传送履带贯穿于履带冷却系统内部；当传送履带携带钢板料片通过加热炉炉体并完成加热过程、取走料片之后，将进入履带冷却系统，并且以相同的速度依次通过喷淋冷却段和热风干燥段，传送履带通过两个部位所需的时间比值(即两个部位内部的长度比值)为喷淋冷却段:热风干燥段＝1:1；喷淋冷却段通过冷却水输入管道、水泵、涤纶滤芯和喷淋管组，将冷却水池中的脱盐水喷洒到传送履带上表面，使其表面温度冷却至100℃以下，喷洒和冷却过程中产生的水雾由位于喷淋管组上方的水雾收集风罩、水雾收集风机和水雾排气管收集并排出，使用后的脱盐水经过位于传送履带下方的冷却水收集罩和冷却水收集管道回流至冷却水池以便于循环利用；热风干燥段通过与加热炉炉体相通的热风排气管以及热风干燥段风机、上热风风罩和下热风风罩，将预热段排出的炉内气体介质吹扫至传送履带的上下表面，利用气体介质的余热将残留在传送履带表面的脱盐水蒸发干燥；为抑制传送履带在履带冷却系统内下垂，并阻挡喷淋冷却段内的脱盐水在传送履带表面纵向流动，在喷淋冷却段入口、喷淋冷却段和热风干燥段之间、热风干燥段出口部位分别安装固定有入口机架、中间机架和出口机架；入口机架和中间机架的构造相同，位于传送履带上方的挡水辊通过挡水辊架安装在机架牌坊上，挡水辊在其自身重力的作用下与传送履带的上表面紧密贴合并可以随之被动旋转，从而阻挡脱盐水沿着纵向流动，位于传送履带下方的履带支撑辊通过履带支撑辊架安装在机架牌坊上，可以随着传送履带的移动而被动旋转，从而对传送履带起到支持作用并抑制其下垂；出口机架仅安装履带支撑辊和履带支撑辊架，主要作用是对传送履带起到支持作用并抑制其下垂；传送履带经过履带冷却系统完成冷却和干燥过程后，即可在履带传动轮机构的驱动下单向循环移动至加热炉炉体前方，再次携带钢板料片进入加热工序。
本发明还提供了一种利用加热炉制备热成形农机具耐磨件的方法，具体步骤如下：
①落料：利用激光切割、等离子切割等方法，将厚度规格在2.0-7.0mm的热轧板、热轧酸洗板或冷轧板加工成所需形状及尺寸的钢板料片。所述料片的材质包括但不限于锰硼钢、薄规格耐磨钢、低合金调质钢、马氏体不锈钢等。
②加热炉启动与料片加热：加热炉启动时，首先打开各控温箱电源并使煤气辐射管和电辐射管处于工作状态，同时设置加热炉炉体预热段、加热段出口、均热前段和均热后段所需的加热温度并通入保护气氛，待加热炉炉体内各部分的温度达到设定范围时，再启动履带传动轮机构、履带冷却系统，即可进行料片加热步骤。其中，所述预热段的内部温度控制在200-300℃范围内，气体介质为加热段、均热前段和均热后段排出的保护气氛；所述加热段出口和均热前段内部的温度可以根据需要在850-960℃范围内灵活设定与调整，气体介质均为H2体积分数约为3％、露点在-30℃以下的N2+H2混合气；所述均热后段内部的温度可以根据需要在850-960℃范围内灵活设定和调整并且与均热前段持平，气体介质为露点在-30℃以下的N2；所述加热段出口和均热前段内部温度的设定与调整取决于材料类型，低合金调质钢(如50CrMo)料片采用温度范围850-880℃，耐磨钢(如NM400)和马氏体不锈钢(如20Cr13)料片采用温度范围920-960℃，锰硼钢(如30MnB5)料片采用温度范围890-930℃。料片加热时，首先将钢板料片平放在位于加热炉炉体前方的传送履带上，随后与传送履带一同进入加热炉炉体并以相同的速度依次通过预热段、加热段、均热前段和均热后段，同时完成加热过程。
③热冲压成型与模具淬火冷却：钢板料片经过加热后，立即从位于加热炉炉体后方的传送履带上取下并放入带有水冷装置的模具中冲压成形以获得耐磨件半成品，随后模具保持闭合状态，使耐磨件半成品在水冷模具中快速冷却。待耐磨件半成品的温度下降至200℃以下，将其取出并进入回火工序。
④回火：为消除内应力并获得理想的金相组织，在水冷模具中完成快速冷却的耐磨件半成品应立即进行回火处理。所述回火处理可在箱式炉或马弗炉中进行，保温时间控制在90-120min范围内；炉内温度取决于材料类型，低合金调质钢(如50CrMo)采用温度范围550-600℃，耐磨钢(如NM400)和锰硼钢(如30MnB5)采用温度范围200-240℃，马氏体不锈钢(如20Cr13)采用温度范围380-420℃。
⑤最终冷却：回火完成后，将耐磨件半成品从箱式炉或马弗炉中取出，然后通过水冷或者自然风冷的方法冷却至室温，即可得到耐磨件成品。
本发明的有益效果是：适用于锰硼钢、薄规格耐磨钢、低合金调质钢、马氏体不锈钢等多种农机具耐磨件常用材料，可以有效抑制加热过程中产生的表面脱碳层，制备出具有良好耐磨性能的各类热成形农机具耐磨件，而且操作简便，产品性能稳定。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明加热炉炉体的结构示意图；
图3为本发明加热炉入口密封机构示意图；
图4为本发明加热炉出口密封机构示意图；
图5为本发明加热炉炉内履带支撑机构的结构示意图；
图6为本发明传送履带的普通履带节主视图；
图7为本发明传送履带的普通履带节俯视图；
图8为本发明传送履带的防滑履带节主视图；
图9为本发明传送履带的防滑履带节俯视图；
图10为本发明传送履带的传动履带节主视图；
图11为本发明传送履带的传动履带节俯视图；
图12为本发明传送履带的履带节组合示意图；
图13为本发明履带传动轮机构主视图；
图14为本发明履带传动轮机构侧视图；
图15为本发明履带冷却系统的结构示意图；
图16为本发明履带冷却系统出口机架示意图；
图17为本发明履带冷却系统入口机架和中间机架示意图；
图18为本发明实施例1制备的30MnB5锰硼钢旋耕机耙片的金相组织照片；
图19为本发明实施例2制备的NM400耐磨钢粉碎机内衬的金相组织照片；
图20为本发明实施例3制备的20Cr13不锈钢青储机锯片的金相组织照片；
图21为本发明实施例4制备的50CrMo低合金调质钢青储机喂料器刀盘的金相组织照片。
图中：1.加热炉炉体，1a.预热段，1b.加热段，1c.均热前段，1d.均热后段，2.传送履带，3.履带传动轮机构，4.履带冷却系统，4a.喷淋冷却段，4b.热风干燥段，5.热风排气管，6.煤气辐射管，7.炉内气氛连通管，8.炉外壳钢板，9.炉内衬，10.上助燃空气输入管道，11.炉内履带支撑机构，12.电辐射管，13.上出口密封机构，14.下出口密封机构，15.N2输入管道,16.下助燃空气输入管道，17.N2+H2输入管道,18.均热后段控温箱，19.均热前段控温箱，20.加热段控温箱，21.热电偶，22.预热段控温箱，23.煤气输入管道，24.下入口密封机构，25.上入口密封机构，26.密封辊架，27.弹簧，28.密封辊，29.炉内履带支撑辊，30.普通履带节，31.防滑履带节，32.传动履带节，33.履带支撑轮，34.履带传动轮，35.传动轴，36.出口机架，37.热风干燥段风机，38.上热风风罩，39.中间机架，40.水雾收集风罩，41.喷淋管组，42.水雾收集风机，43.水雾排气管，44.入口机架，45.冷却水输入管道，46.水泵，47.涤纶滤芯，48.冷却水池，49.冷却水收集管道，50.冷却水收集罩，51.下热风风罩，52.机架牌坊，53.挡水辊架，54.挡水辊，55.履带支撑辊，56.履带支撑辊架。
具体实施方式
以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，用于制备热成形农机具耐磨件的加热炉由加热炉炉体1、传送履带2、履带传动轮机构3和履带冷却系统4组成，加热炉炉体1安装在履带冷却系统4的上方。加热炉炉体1包括预热段1a、加热段1b、均热前段1c和均热后段1d四个部分，其内部的长度比值为预热段1a:加热段1b:均热前段1c:均热后段1d＝5:3:3:2，具体长度分别为7.5m、4.5m、4.5m和3m。图2是本发明加热炉炉体的结构示意图。
如图2所示，预热段1a内的气体介质为该加热炉加热段1b、均热前段1c和均热后段1d排出的保护气氛，气体介质由炉内气氛连通管7通入，主要热源为保护气氛中的余热，同时设有煤气辐射管6作为备用热源；加热段1b和均热前段1c内的气体介质为H2体积分数约为3％、露点在-30℃的N2+H2混合气，气体介质由由N2+H2输入管道17通入，以煤气辐射管6作为热源，内部温度由热电偶21实时监测并分别通过预热段控温箱22、均热前段控温箱19自动控制煤气辐射管6的煤气流量来实现自动准确控温；均热后段1d内的气体介质为露点在-30℃的N2，气体介质由N2输入管道15通入，以电辐射管12作为热源，通过热电偶21和均热后段控温箱18对温度进行实时监测与自动准确控温。
图6-11是本发明传送履带的普通履带节、防滑履带节和传动履带节示意图。图12是本发明传送履带的履带节组合示意图。传送履带2由普通履带节30、防滑履带节31和传动履带节32组装而成，三种履带节均采用GH4169高温合金加工制成。传送履带2贯穿于加热炉炉体1和履带冷却系统4内部并在履带传动轮机构3和电动机的驱动下进行单向循环移动，速度采用0.5m/min。传送履带2作为输送载体，能够携带钢板料片依次通过加热炉炉体1的预热段1a、加热段1b、均热前段1c和均热后段1d并完成料片的加热过程。
参照附图13-14，履带传动轮机构3共有四组，分别安装在加热炉炉体1和履带冷却系统4的入口及出口部位。履带传动轮机构3由履带支撑轮33、履带传动轮34、传动轴3等主要部件组装而成，由电动机驱动并通过与传动履带节32啮合从而带动传送履带2移动和转向。
参照附图15-17，履带冷却系统4包括喷淋冷却段4a和热风干燥段4b两个部分，其内部的长度比值为喷淋冷却段4a:热风干燥段4b＝1:1，具体长度分别为1.5m和1.5m。喷淋冷却段4a利用脱盐水作为冷却介质，通过冷却水输入管道45、水泵46、涤纶滤芯47和喷淋管组41，将冷却水池48中的脱盐水喷洒到传送履带2上表面，使其表面温度冷却至100℃以下；热风干燥段4b通过与加热炉炉体1相通的热风排气管5以及热风干燥段风机37、上热风风罩38和下热风风罩51，将预热段1a排出的炉内气体介质吹扫至传送履带2的上下表面，利用气体介质的余热将残留在其表面的脱盐水蒸发干燥。传送履带2经过履带冷却系统4完成冷却和干燥过程后，即可在履带传动轮机构3的驱动下单向循环移动至加热炉炉体1前方，再次携带钢板料片进入加热工序。
利用加热炉制备30MnB5锰硼钢旋耕机耙片的具体步骤如下：
①落料：利用等离子切割方法，将厚度规格6.0mm的30MnB5锰硼钢热轧板加工成直径650mm的圆形料片，然后进行冲裁、打孔。
②加热炉启动与料片加热：加热炉启动时，首先打开各控温箱电源并使煤气辐射管6和电辐射管12处于工作状态，同时设置加热炉炉体预热段1a、加热段1b出口、均热前段1c和均热后段1d所需的加热温度并通入保护气氛，待加热炉炉体1内各部分的温度达到设定范围时，再启动履带传动轮机构3、履带冷却系统4，即可进行料片加热步骤。传送履带2运行速度为0.5m/min，加热炉炉体1各部位采用的温度制度如表1所示。料片加热时，首先将冲裁、打孔后的30MnB5锰硼钢圆形料片平放在位于加热炉炉体1前方的传送履带2上，随后与传送履带2一同进入加热炉炉体1并依次通过预热段1a、加热段1b、均热前段1c和均热后段1d，同时完成加热过程。
③热冲压成型与模具淬火冷却：30MnB5锰硼钢圆形料片经过加热后，立即从位于加热炉炉体1后方的传送履带2上取下并放入水冷模具中冲压成旋耕机耙片形状，随后模具保持闭合状态60s，确保耙片半成品的温度下降至200℃以下，再将其取出并进入回火工序。
表1制备30MnB5锰硼钢旋耕机耙片(厚度6.0mm)时加热炉炉体1各部位采用的温度制度
部位 预热段1a出口 加热段1b出口 均热前段1c 均热后段1d
温度(℃) 270±20 920±10 920±10 920±10
④回火：马弗炉的温度设定为220±10℃，待炉内温度稳定后，将经过热冲压成型与模具淬火冷却后的耙片半成品放入。
⑤最终冷却：当耙片半成品在马弗炉内存放的时间达到120min时，打开马弗炉炉门并取出耙片半成品，然后经自然风冷冷却至室温，即得到30MnB5锰硼钢旋耕机耙片成品。
样品性能检测：30MnB5锰硼钢旋耕机耙片成品的金相组织全部由板条状的回火马氏体组成，见图18。同时，耙片成品的洛氏硬度可达45HRC以上，表面脱碳层的深度在20μm以下，经过连续40天的耕作季使用检验，耙片的磨损减重在15％以下，见表2。可以认为，该旋耕机耙片的各项性能均满足使用要求。
表2 30MnB5锰硼钢旋耕机耙片(厚度6.0mm)的主要性能
Figure BDA0003136320770000151
实施例2：
所用加热炉与实施例1相同。
利用加热炉制备NM400耐磨钢粉碎机内衬的具体步骤如下：
①落料：利用等离子切割方法，将厚度规格4.5mm、未经调质处理的NM400耐磨钢热轧板加工成尺寸750mm×500mm的矩形料片。
②加热炉启动与料片加热：加热炉启动时，首先打开各控温箱电源并使煤气辐射管6和电辐射管12处于工作状态，同时设置加热炉炉体预热段1a、加热段1b出口、均热前段1c和均热后段1d所需的加热温度并通入保护气氛，待加热炉炉体1内各部分的温度达到设定范围时，再启动履带传动轮机构3、履带冷却系统4，即可进行料片加热步骤。传送履带2运行速度为0.5m/min，加热炉炉体1各部位采用的温度制度如表3所示。料片加热时，首先将NM400耐磨钢矩形料片平放在位于加热炉炉体1前方的传送履带2上，料片长度500mm的一边与传送履带2的运行方向平行，随后与传送履带2一同进入加热炉炉体1并依次通过预热段1a、加热段1b、均热前段1c和均热后段1d，同时完成加热过程。
表3制备NM400耐磨钢粉碎机内衬(厚度4.5mm)时加热炉炉体1各部位采用的温度制度
部位 预热段1a出口 加热段1b出口 均热前段1c 均热后段1d
温度(℃) 270±20 940±10 940±10 940±10
③热冲压成型与模具淬火冷却：NM400耐磨钢矩形料片经过加热后，立即从位于加热炉炉体1后方的传送履带2上取下并放入水冷模具中冲压成粉碎机内衬对应的半圆弧形状，随后模具保持闭合状态60s，确保耙片半成品的温度下降至200℃以下，再将其取出并进入回火工序。
④回火：马弗炉的温度设定为220±10℃，待炉内温度稳定后，将经过热冲压成型与模具淬火冷却后的内衬半成品放入。
⑤最终冷却：当内衬半成品在马弗炉内存放的时间达到100min时，打开马弗炉炉门并取出内衬半成品，然后经自然风冷冷却至室温，即得到NM400耐磨钢粉碎机内衬成品。
样品性能检测：NM400耐磨钢粉碎机内衬成品的金相组织全部由回火马氏体组成，见图19。同时，内衬成品的布氏硬度达到了400HBW以上，表面脱碳层的深度在30μm以下；将本发明制备的NM400耐磨钢粉碎机内衬成品用于玉米青储机，经过一个完整收获季的使用后，内衬的磨损减薄均在5％以下，见表4。可以认为，该NM400耐磨钢粉碎机内衬的各项性能均满足使用要求。
表4 NM400耐磨钢粉碎机内衬(厚度4.5mm)的主要性能
Figure BDA0003136320770000171
实施例3：
所用加热炉与具体实施例1相同。
利用加热炉制备20Cr13不锈钢青储机锯片的具体步骤如下：
①落料：利用激光切割方法，将厚度规格2.4mm、呈球化退火状态的20Cr13不锈钢冷轧板加工成直径400mm的圆形料片，然后进行锯齿加工和打孔。
②加热炉启动与料片加热：加热炉启动时，首先打开各控温箱电源并使煤气辐射管6和电辐射管12处于工作状态，同时设置加热炉炉体预热段1a、加热段1b出口、均热前段1c和均热后段1d所需的加热温度并通入保护气氛，待加热炉炉体1内各部分的温度达到设定范围时，再启动履带传动轮机构3、履带冷却系统4，即可进行料片加热步骤。传送履带2运行速度为1.0m/min，加热炉炉体1各部位采用的温度制度如表5所示，为防止氧化并保证锯片产品的表面质量，需要将预热段1a出口部位的温度控制在200±20℃范围内。料片加热时，首先将经过锯齿加工和打孔后的20Cr13不锈钢圆形料片平放在位于加热炉炉体1前方的传送履带2上，随后与传送履带2一同进入加热炉炉体1并依次通过预热段1a、加热段1b、均热前段1c和均热后段1d，同时完成加热过程。
表5制备20Cr13不锈钢青储机锯片(厚度2.4mm)时加热炉炉体1各部位采用的温度制度
部位 预热段1a出口 加热段1b出口 均热前段1c 均热后段1d
温度(℃) 200±20 950±10 950±10 950±10
③模具淬火冷却：由于20Cr13不锈钢青储机锯片呈平板状，而且厚度较薄(仅有2.4mm)，因此水冷模具的主要作用是使料片快速冷却并抑制冷却时内应力导致的异常变形，而料片在模具中几乎不发生冲压塑性变形。料片经过加热后，立即从位于加热炉炉体1后方的传送履带2上取下并放入水冷模具中压紧并冷却，随后模具保持闭合状态60s，确保锯片半成品的温度下降至200℃以下，再将其取出并进入回火工序。
④回火：马弗炉的温度设定为300±10℃，待炉内温度稳定后，将经过模具淬火冷却后的锯片半成品放入。
⑤最终冷却：当锯片半成品在马弗炉内存放的时间达到90min时，打开马弗炉炉门并取出锯片半成品，然后经水冷冷却至室温。最后根据使用要求，对锯片半成品表面进行喷砂处理之后，即得到20Cr13不锈钢青储机锯片成品。
样品性能检测：20Cr13不锈钢青储机锯片成品的金相组织全部由隐晶马氏体、板条马氏体和碳化物颗粒组成，见图20。同时，锯片成品的洛氏硬度达到了55HRC以上；由于锯片表面进行了喷砂处理，因此没有发现脱碳层；将本发明制备的20Cr13不锈钢锯片成品用于玉米青储机，经过一个完整收获季的使用后，锯片的磨损减重均在10％以下，见表6。可以认为，该20Cr13不锈钢青储机锯片的各项性能均满足使用要求。
表6 20Cr13不锈钢青储机锯片(厚度2.4mm)的主要性能
Figure BDA0003136320770000191
实施例4：
所用加热炉与具体实施例1相同。
利用加热炉制备50CrMo低合金调质钢青储机喂料器刀盘的具体步骤如下：
①落料：利用等离子切割方法，将厚度规格7.0mm的50CrMo调质钢热轧板加工成直径300mm的圆形料片，然后进行冲裁和打孔。
②加热炉启动与料片加热：加热炉启动时，首先打开各控温箱电源并使煤气辐射管6和电辐射管12处于工作状态，同时设置加热炉炉体预热段1a、加热段1b出口、均热前段1c和均热后段1d所需的加热温度并通入保护气氛，待加热炉炉体1内各部分的温度达到设定范围时，再启动履带传动轮机构3、履带冷却系统4，即可进行料片加热步骤。传送履带2运行速度为0.5m/min，加热炉炉体1各部位采用的温度制度如表7所示。料片加热时，首先将经过冲裁和打孔后的50CrMo调质钢圆形料片平放在位于加热炉炉体1前方的传送履带2上，随后与传送履带2一同进入加热炉炉体1并依次通过预热段1a、加热段1b、均热前段1c和均热后段1d，同时完成加热过程。
表7制备50CrMo低合金调质钢青储机喂料器刀盘(厚度7.0mm)时加热炉炉体1各部位采用的温度制度
部位 预热段1a出口 加热段1b出口 均热前段1c 均热后段1d
温度(℃) 270±20 865±10 865±10 865±10
③热冲压成型与模具淬火冷却：50CrMo调质钢圆形料片经过加热后，立即从位于加热炉炉体1后方的传送履带2上取下并放入水冷模具中冲压成喂料器刀盘形状，随后模具保持闭合状态120s，确保耙片半成品的温度下降至200℃以下，再将其取出并进入回火工序。
④回火：马弗炉的温度设定为570±10℃，待炉内温度稳定后，将经过热冲压成型与模具淬火冷却后的刀盘半成品放入。
⑤最终冷却：当刀盘半成品在马弗炉内存放的时间达到90min时，打开马弗炉炉门并取出刀盘半成品，然后经自然风冷冷却至室温，即得到50CrMo低合金调质钢青储机喂料器刀盘成品。
样品性能检测：50CrMo低合金调质钢青储机喂料器刀盘成品的金相组织由回火索氏体和少量的铁素体组成，见图21。同时，刀盘成品的布氏硬度在350-400HBW范围内，表面脱碳层的深度在15μm以下，冲击韧性达到了60J/cm2以上，见表8。将本发明制备的10件50CrMo刀盘成品用于玉米青储机，经过一个完整收获季的使用后，均没有出现开裂、变形等弊病。可以认为，该50CrMo低合金调质钢青储机喂料器刀盘具有良好的综合力学性能，能够满足使用要求。
表8 50CrMo低合金调质钢青储机喂料器刀盘(厚度7.0mm)的主要性能
Figure BDA0003136320770000211

Claims (7)

1.一种制备热成形农机具耐磨件的加热炉，其特征在于：包含加热炉炉体（1）、传送履带（2）、履带传动轮机构（3）和履带冷却系统（4），加热炉炉体（1）设有传送履带入口和传送履带出口，传送履带（2）通过履带传动轮机构（3）单向循环于加热炉炉体（1）和履带冷却系统（4）中。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备热成形农机具耐磨件的加热炉，其特征在于：所述加热炉炉体（1）包含预热段（1a）、加热段（1b）、均热前段（1c）和均热后段（1d），相邻两端之间通过炉墙隔开，每个炉墙上均设有与传送履带（2）相匹配的通道，通道上设有炉内履带支撑辊（29）。
3.根据权利要求2所述的一种用于制备热成形农机具耐磨件的加热炉，其特征在于：所述加热段（1b）和均热前段（1c）内的气体介质为氮气和氢气的混合气，气体介质以煤气辐射管（6）作为热源；均热后段（1d）内的气体介质为氮气，气体介质以电辐射管（12）作为热源；预热段（1a）内的气体介质为加热段（1b）、均热前段（1c）和均热后段（1d）排出的保护气氛。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于制备热成形农机具耐磨件的加热炉，其特征在于：所述加热炉炉体（1）的传送履带入口和传送履带出口均设有密封机构，所述密封机构包含两个上下布置的密封辊，两个上下布置的密封辊分别转动连接在密封辊架上，密封辊架固定在炉墙上。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备热成形农机具耐磨件的加热炉，其特征在于：所述履带冷却系统（4）包含按照传送履带（2）的传送方向依次布置的喷淋冷却段（4a）和热风干燥段（4b）。
6.根据权利要求5所述的一种用于制备热成形农机具耐磨件的加热炉，其特征在于：所述喷淋冷却段（4a）包含冷却水输入管道（45）和与冷却水输入管道（45）相连接的喷淋管组（41），喷淋管组（41）包含多个朝向传送履带（2）的喷头；所述热风干燥段（4b）包含与加热炉炉体（1）相连通的热风排气管（5）、热风干燥段风机（37）以及位于传送履带（2）上方的上热风风罩（38）和位于传送履带（2）上下方的下热风风罩（51）。
7.一种制备热成形农机具耐磨件的方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）落料：将原料切割成所需形状及尺寸的钢板料片；
（2）加热：将钢板料片加热至850-960℃；
（3）冲压成形：将加热后的钢板料片放入模具中冲压成形；
（4）淬火冷却：将冲压成形的半成品放入水冷模具中快速冷却至200℃以下；
（5）回火：将淬火冷却后的半成品进行回火处理，回火温度取决于材料类型，低合金调质钢回火温度为550-600℃，耐磨钢和锰硼钢回火温度为200-240℃，马氏体不锈钢回火温度为380-420℃；保温时间控制在90-120 min范围内；
（6）最终冷却：回火完成后通过水冷或者自然冷却至室温，即可得到耐磨件成品。
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