CN116356217B - 一种钢制备液压凿岩机的冲击活塞及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料与热处理质量控制领域，特别是涉及一种钢制备液压凿岩机的冲击活塞及加工方法。冲击活塞按质量百分比组合制备得到7Cr5Mo2V钢材：其钢材含量：C：0.65‑0.75%；Si：0.1‑0.3%；Mn：0.3‑0.6%；P：≤0.025%；S：≤0.008%；Cr：4.5‑7.0%；Mo：1.5‑2.5%；V：0.3‑0.7%；RE:0.01‑0.015%；余量为Fe。本发明在基础7Cr5Mo2V成分条件下进行微合金调整；在原有冶炼浇注工艺电炉真空熔炼加模铸的条件下进行低夹杂控制；以满足液压凿岩机复杂工作载荷条件的使用要求。采用锻造+固溶+球化退火保证晶粒度不小于8级；采用阶梯加热、空气‑油双液淬火+回火工艺保证基体组织满足产品性能：抗压强度(Rc)>2200MPa，芯部硬度58‑60HRC，表面硬度1000‑1200 HV。
Description
技术领域
本发明涉及材料与热处理质量控制领域，特别是涉及一种钢制备液压凿岩机的冲击活塞及加工方法。
背景技术
液压凿岩机在岩石工程中发挥着十分重要的作用，液压凿岩机的冲击器活塞是凿岩机上冲击做功的关键零件，也是最主要的易损件，由它传递冲击器工作时的冲击和扭转能量，承受复杂的多轴载荷、高周冲击疲劳和复杂的机械损伤。活塞的主要失效形式是受冲击端面剧烈损坏、配合面由于气蚀原因过度磨损而报废。活塞在工作过程中，其端头反复冲击钎杆，因高周接触疲劳和心部强度不足使冲击端面凹陷和块状剥落，当端面损伤到一定程度，活塞因效率显著降低而报废。活塞外表面与前后导向铜套配合，在工作过程中，配合面存在相互摩擦。同时，在工作过程中，为保证冲击活塞换向频率，液压油压频繁剧烈切换，活塞表面承受剧烈气蚀，气蚀导致活塞表面出现坑洞，磨损，进而导致配合间隙增大，凿岩机工作效率下降。在气蚀和磨损积累到一定程度后，活塞无法满足使用功能，活塞失效报废。凿岩机冲击活塞整体应具有极高的抗高周疲劳性能、抗蠕变性能，端头高的抗打击能力，配合面要有好的耐磨性和抗气蚀能力，其性能好坏直接影响到凿岩机的质量和寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢制备液压凿岩机的冲击活塞及加工方法，采用高性能7Cr5Mo2V液压凿岩机冲击活塞综合性能控制方法，使7Cr5Mo2V冲击活塞获得优良的强韧性匹配、高的耐冲击抗力和表面损伤能力，以满足液压凿岩机复杂工作载荷条件的使用要求。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的一种钢制备液压凿岩机的冲击活塞；其特征在于：按质量百分比如下组合制备得到7Cr5Mo2V钢材：使用制备得到7Cr5Mo2V钢材加工得到冲击活塞；
C：0.65-0.75％；
Si：0.1-0.3％；
Mn：0.3-0.6％；
P：≤0.025％；
S：≤0.008％；
Cr：4.5-7.0％；
Mo：1.5-2.5％；
V：0.3-0.7％；
RE:0.01-0.015％；
余量为Fe。
本发明在基础7Cr5Mo2V成分条件下进行微合金调整；在原有冶炼浇注工艺电炉真空熔炼加模铸的条件下进行低夹杂控制；采用锻造+固溶+球化退火保证晶粒度不小于8级；采用阶梯加热、空气-油双液淬火+回火工艺保证基体组织满足产品性能：抗压强度(Rc)>2200MPa，芯部硬度58-60HRC，表面硬度1000-1200HV。
制备液压凿岩机的冲击活塞的加工方法，加工步骤如下：
一、通过冶炼浇筑工艺对7Cr5Mo2V钢材进行熔炼及模铸处理，此工序需要控制夹杂物含量，保证材料的纯净度；
二、对模铸处理后的7Cr5Mo2V钢材进行锻造加工形成冲击活塞，锻造后的冲击活塞进行固溶，固溶进行球化退火，退火后的冲击活塞的晶粒度不小于8级；
三、完成球化退火工艺后的冲击活塞采用阶梯加热升温，当到达指定温度后采用空气-油双液淬火工艺对冲击活塞进行淬火、回火；冲击活塞制备成型。
步骤二中锻造后的冲击活塞采用温度为：1050-1080℃进行保温；
在保温2-3h后进行珠光体化退火，将冲击活塞从1050-1080℃将至830-850℃，继续保温2-3h；
随后以小于20℃/h冷却速率冷却到700-750℃随后保温8-10h。
根据实验验证固溶温度为影响碳化物溶解的主要因素，当固溶温度过低，则出现大量未溶碳化物，不利于后续的球化处理。但是当固溶温度过高，则出现晶粒尺寸过大，不利于后续的处理，所以选择适当的温度范围。球化温度分为两段，第一段的保温温度选择在Ac1温度以上20-30℃。根据TTT曲线选择第二段保温温度范围。
作为制备液压凿岩机的冲击活塞的加工方法的优选方案，步骤三中阶梯加热的方式为：冲击活塞在650-850℃，保温1-2小时，随后继续将冲击活塞加热至淬火温度，温度为:1000-1030℃，保温时间30min-1h；
气-油双液淬火工艺：采用高速循环气体分级淬火冷却及短时间多次回火方式；回火温度500-600℃，回火次数为3次。
作为制备液压凿岩机的冲击活塞的加工方法的优选方案，淬火工艺中将冲击活塞预冷至890-920℃后进行快速冷却，当冲击活塞的温度你降至250-400℃后转入慢冷，在冲击活塞冷却过程中均处于保护气氛中。
有益效果
本发明在基础7Cr5Mo2V成分条件下进行微合金调整；在原有冶炼浇注工艺电炉真空熔炼加模铸的条件下进行低夹杂控制；以满足液压凿岩机复杂工作载荷条件的使用要求。采用锻造+固溶+球化退火保证晶粒度不小于8级；采用阶梯加热、空气-油双液淬火+回火工艺保证基体组织满足产品性能：抗压强度(Rc)>2200MPa，芯部硬度58-60HRC，表面硬度1000-1200HV。
本发明提供的制备液压凿岩机的冲击活塞的加工方法，球化退火工艺后的冲击活塞采用阶梯加热升温；采用阶梯加热，避免加热速率过快，零件芯部和表面温差过大。采用阶梯加热在阶梯加热过程中短时保温，避免晶粒长得过大，为后续处理提供基础。同时保护气氛，避免零件表面脱碳。多次回火可以充分降低内应力，保证零件的质量和寿命。
本发明提供的制备液压凿岩机的冲击活塞的加工方法在淬火工艺，避免冷速过快，零件芯部和表面温差过大，零件出现开裂现象。避免零件表面出现氧化。
将冲击活塞预冷至890-920℃后进行快速冷却，当冲击活塞的温度你降至250-400℃后转入慢冷，在冲击活塞冷却过程中均处于保护气氛中。
本发明利用元素V在钢中形成细小的碳化物，有效细化晶粒。通过固溶和球化退火处理，控制碳化物形貌，提高材料的韧性。
本发明热处理方法可广泛应用于7Cr5Mo2V液压凿岩机冲击活塞制品的热处理。
附图说明
图1为本发明所制备的冲击活塞结构示意图；
图2为本发明所制备的冲击活塞另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种钢制备液压凿岩机的冲击活塞及加工方法；按质量百分比如下组合制备得到7Cr5Mo2V钢材：使用制备得到7Cr5Mo2V钢材加工得到冲击活塞；
C：0.65-0.75％；
Si：0.1-0.3％；
Mn：0.3-0.6％；
P：≤0.025％；
S：≤0.008％；
Cr：4.5-7.0％；
Mo：1.5-2.5％；
V：0.3-0.7％；
RE:0.01-0.015％；
余量为Fe。
高性能7Cr5Mo2V液压凿岩机冲击活塞材料的各个化学成分设计思想和协同作用是通过C、Cr、Mn、Mo、V元素，保证材料的淬透性和强度；提高Mo、V含量，细化晶粒，提高强度和韧性，而且V与C形成的碳化物也能明显提高钢的耐磨性。
本发明高性能7Cr5Mo2V液压凿岩机冲击活塞材料的热处理机理是：未溶的超细化碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，细化奥氏体，使基体组织强韧性大大提高。淬火后组织具有高硬度和高耐磨性，回火后具有优良的强韧性匹配的综合性能。整体进行渗氮处理可以获得硬化层，提高配合面表面硬度，增加耐磨性和抗气蚀能力。
7Cr5Mo2V液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，经前述处理的7Cr5Mo2V液压凿岩机冲击活塞性冲击整体渗氮处理，处理后表面硬度1000-1200HV，硬化区厚度0.1-0.2mm。
实施例1
本实施例中，制作的凿岩机冲击活塞结构图如图1所示。其化学成分为(We.％)：0.74C，0.15Si，0.48Mn，0.016P，0.007S，4.97Cr，2.5Mo，0.45V，0.015RE，余量Fe。
热处理过程：①活塞杆坯经锻造后在1060℃保温30min-1h，随炉冷却到840℃保温1h，然后冷却到725℃保温8小时，随后空冷；
②淬火处理，淬火加热温度1020℃，保温时间30min，预冷930℃进行高速循环气体快速冷却，冷速为1.1℃/s，冷至300℃降低冷速，采用接触式全程实时冷速控制方法对活塞整个淬火过程冷速进行控制；
③回火处理温度520℃，3次回火处理，单次保温时间1-2小时；
④冲击活塞整体进行渗氮处理，温度500℃，时间24h。
经上述处理后的冲击活塞整体硬度60±1HRC，表面硬度1050HV。
实施例2
本实施例中，制作的凿岩机冲击活塞结构图如图1所示。其化学成分为(We.％)：0.65C，0.15Si，0.45Mn，0.016P，0.007S，5.5Cr，2.2Mo，0.42V，0.012RE，余量Fe。
热处理过程：①活塞杆坯经锻造后在1050℃保温30min-1h，随炉冷却到840℃保温1h，然后冷却到725℃保温8小时，随后空冷；
②淬火处理，淬火加热温度1020℃，保温时间30min，预冷920℃进行高速循环气体快速冷却，冷速为1.1℃/s，冷至300℃降低冷速，采用接触式全程实时冷速控制方法对活塞整个淬火过程冷速进行控制；
③回火处理温度520℃，3次回火处理，单次保温时间1-2小时；
④冲击活塞整体进行渗氮处理，温度500℃，时间24h。
经上述处理后的冲击活塞整体硬度60±1HRC，表面硬度1050HV。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种制备液压凿岩机的冲击活塞的加工方法，按质量百分比如下组合制备得到7Cr5Mo2V钢材：使用制备得到7Cr5Mo2V钢材加工得到冲击活塞；
C：0.65-0.75%；
Si ：0.1-0.3%；
Mn ：0.3-0.6%；
P：≤0.025%；
S：≤0.008%；
Cr ：4.5-7.0%；
Mo ：1.5-2.5%；
V ：0.3-0.7%；
RE:0.01-0.015%；
余量为Fe；
其特征在于：加工步骤如下：
一、通过冶炼浇铸工艺对7Cr5Mo2V钢材进行熔炼及模铸处理；
二、对模铸处理后的7Cr5Mo2V钢材进行锻造加工形成冲击活塞，锻造后的冲击活塞进行固溶，固溶进行球化退火，退火后的冲击活塞的晶粒度不小于8级；
三、完成球化退火工艺后的冲击活塞采用阶梯加热升温，当到达指定温度后采用空气-油双液淬火工艺对冲击活塞进行淬火、回火；冲击活塞制备成型;
阶梯加热的方式为：冲击活塞在650-850℃，保温1-2小时，随后继续将冲击活塞加热至淬火温度，温度为:1000-1030℃，保温时间30min-1h；
空气-油双液淬火工艺：采用高速循环气体分级淬火冷却及短时间多次回火方式；回火温度500-600℃，回火次数为3次。
2.根据权利要求1所述的制备液压凿岩机的冲击活塞的加工方法，其特征在于：步骤二中锻造后的冲击活塞采用温度为：1050-1080℃进行保温；
在保温2-3h后进行珠光体化退火，将冲击活塞从1050-1080℃将至830-850℃，继续保温2-3h；
随后以小于20℃/h冷却速率冷却到700-750℃随后保温8-10h。
3.根据权利要求2所述的制备液压凿岩机的冲击活塞的加工方法，其特征在于：淬火工艺中将冲击活塞预冷至890-920℃后进行快速冷却，当冲击活塞的温度你降至 250-400℃后转入慢冷，在冲击活塞冷却过程中均处于保护气氛中。
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| CN116356217A (zh) | 2023-06-30 |
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