CN116377189B - 一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料热处理工艺,公开了一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,包括将待处理斗齿加热至奥氏体化温度,进行均质化处理,然后淬冷至室温,得到马氏体组织的斗齿,快速加热至奥氏体化温度,保温得到部分或者完全奥氏体化的斗齿,再冷却至贝氏体转变温度,连续冷却至马氏体转变开始温度和马氏体转变结束温度之间,得到贝氏体+马氏体双相组织的斗齿;或者将部分或者完全奥氏体化的斗齿直接冷却至马氏体转变开始温度和马氏体转变结束温度之间,得到单相板条马氏体组织的斗齿;对贝氏体+马氏体双相组织或单相板条马氏体组织的斗齿进行碳配分热处理,空冷至室温,有效提高耐磨斗齿的强度、韧性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,属于金属材料热处理工艺技术领域。
背景技术
挖掘机作为重要的工程机械装备,在经济建设中起着非常重要的作用。斗齿作为挖掘机械主要磨耗件之一,在使用过程中直接与矿石、岩石、沙土等物料相接触,尤其是矿用的超大挖掘机用斗齿,不仅受到摩擦磨损,还承受大载荷冲击,容易发生开裂。因此,斗齿材料不仅要具备较高的硬度和耐磨性,还需具有较高的冲击韧性。
传统的挖掘机斗齿多采用中低碳合金钢,一般经过正火+回火热处理工艺,组织为回火马氏体,斗齿表面硬度较低且淬硬深度不够,产品中后期磨损严重。公开号为110846474A的中国专利公开了一种挖掘机斗齿的热处理工艺方法,涉及到装载机斗齿的成分配比及其热处理方法,但制得的斗齿材料的韧性较低,承受强烈冲击的能力差。公开号为114182179A的中国专利公开了一种工程机械用高强斗齿钢及其生产方法与热处理工艺,该发明制备产品具有较好的屈服强度和抗拉强度,但制备工艺复杂,斗齿生产成本高。公开号为103498109B的中国专利公开了一种挖掘机斗齿及其制备方法,包括铸造工艺和热处理工艺,其热处理工艺易于实现,能源消耗少,但产品性能较低,无法满足超大挖掘机用铲斗的性能需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,提高耐磨斗齿的强度、韧性和耐磨性。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
第一方面,本发明提供一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,包括如下制备方法:
将待处理斗齿加热至奥氏体化温度,进行均质化处理;
将均质化处理后的斗齿淬冷至室温,得到马氏体组织的斗齿;
将马氏体组织的斗齿快速加热至奥氏体化温度进行保温,得到部分或者完全奥氏体化的斗齿;
将部分或者完全奥氏体化的斗齿冷却至贝氏体转变温度,再连续冷却至马氏体转变开始温度和马氏体转变结束温度之间,得到贝氏体+马氏体双相组织的斗齿;
对贝氏体+马氏体双相组织的斗齿进行碳配分热处理,空冷至室温。
第二方面,本发明提供另一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,包括如下制备方法:
将待处理斗齿加热至奥氏体化温度,进行均质化处理;
将均质化处理后的斗齿淬冷至室温,得到马氏体组织的斗齿;
将马氏体组织的斗齿快速加热至奥氏体化温度进行保温,得到部分或者完全奥氏体化的斗齿;
将部分或者完全奥氏体化的斗齿冷却至马氏体转变开始温度和马氏体转变结束温度之间,得到单相板条马氏体组织的斗齿;
对单相板条马氏体组织的斗齿进行碳配分热处理,空冷至室温。
结合第一方面或第二方面,进一步的,所述快速加热的奥氏体温度为870℃~920℃,保温时间不超过30min。
优选的,所述快速加至热奥氏体化温度的范围为880℃~890℃,保温时间不超过10min,完全奥氏体化的斗齿中原始奥氏体晶粒尺寸不大于20μm。
进一步的,所述碳配分热处理的温度范围为250℃~320℃,时间范围为1h~4.0h。
进一步的,所述空冷至室温后的斗齿进行低温回火处理,所述低温回火温度不高于300℃,低温回火保温时间不低于3.0h,保温后随炉温冷却。
进一步的,所述快速加热的方式为感应加热,加热速度为80℃/s~300℃/s。
进一步的,所述贝氏体+马氏体双相组织及单相板条马氏体组织的斗齿中均含有残余奥氏体,其中贝氏体的体积分数≤40%,残余奥氏体的体积分数≥4.0%,提高了耐磨斗齿的冲击韧性和断裂韧性。
第三方面,根据上述方法制得的耐磨斗齿,其抗拉强度≥1700MPa,延伸率≥8.0%,洛氏硬度≥45.0HRC,-40℃冲击韧性能AKV≥18.0J。
进一步的,所述耐磨斗齿表面取样-40℃冲击性能AKV≥18.0J,中心取样-40℃冲击性能AKV≥25.0J。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
本发明提供的一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,整体工艺不涉及额外精炼设备,具有工艺简单、设备成本低、生产效率高的特点,易于实现工业化生产;
本发明方法采用快速加热组织细化处理-冷却过程相变组织调控-碳配分处理,制得耐磨斗齿能够在室温保留不小于4%体积分数的残余奥氏体,提高了耐磨斗齿的冲击韧性和断裂韧性。
附图说明
图1是本发明提供的实施例一进行热处理工艺图;
图2是本发明提供的实施例一得到的耐磨斗齿的显微组织图;
图3是本发明提供的实施例二进行热处理工艺图;
图4是本发明提供的实施例三进行热处理工艺图;
图5是本发明提供的实施例四进行热处理工艺图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例所涉及的耐磨斗齿用钢为中碳低合金钢和中碳中合金钢,以质量百分数计,耐磨斗齿用合金钢化学成分包括:C:0.26~0.42%,Si:1.50~3.0%,Mn:1.10~2.5%,(Cr+Ni+Mo):1.0~4.5%,其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明提供的一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,具体包括如下步骤:
步骤一、均质化处理;
将待处理斗齿加热至较高的奥氏体化温度,进行均质化处理;其中奥氏体化温度范围为1000℃~1200℃,保温时间为2.0~4.0h。本发明实施例优选奥氏体化温度范围为1050℃~1180℃,保温时间为2.5h~4.0h。
步骤二、淬火;
将均质化处理后的斗齿淬冷至室温,得到马氏体组织斗齿;
选用的淬火介质可以为水、油或水溶性淬火液。
步骤三、快速加热组织细化处理;
将马氏体组织为主的斗齿快速加热至奥氏体化温度,进行短时保温,部分或者完全奥氏体化,奥氏体组织不发生明显长大,且奥氏体组织的尺度呈现一定梯度分布。
其中加热至奥氏体化温度范围为870℃~920℃,短时保温不超过30.0min。具体的,本发明优选奥氏体化温度范围为875℃~895℃,保温为10~25min。
具体可实施的,快速加热方式为感应加热,快速加热的速度为80~300℃/s,奥氏体化的温度区间为880~890℃之间,保温时间不超过10min,完全奥氏体化后的原始奥氏体晶粒尺寸不大于20μm。
步骤四、热处理相变组织调控;
将部分或者完全奥氏体化的斗齿快速冷却至贝氏体转变温度以下,再连续冷却至马氏体转变开始温度和马氏体转变结束温度之间,获得贝氏体+马氏体双相组织;或直接快速冷却至马氏体转变开始温度和马氏体转变结束温度之间,获得单相板条马氏体组织。
其中,冷却方式为水气交替冷却方式。
得到的贝氏体+马氏体双相组织及单相板条马氏体组织的斗齿中均含有残余奥氏体,其中贝氏体的体积分数≤40%,残余奥氏体的体积分数≥4.0%。
步骤五、碳配分热处理;
步骤四处理后的斗齿直接进行碳配分热处理,配分后空冷至室温。
其中碳配分热处理的温度控制在250℃~320℃,处理时间为1h~4h,可实施的,本发明设置配分温度控制在290℃~310℃,处理时间为1h~2h。
进一步的,经过空冷至室温后的斗齿还可以进行低温回火处理,其中低温回火温度不高于300℃,保温时间不低于3h,保温后随炉温冷却。
本发明设置回火温度为190~210℃,保温时间为3h~5h。
实施例一至实施例九为本发明提供的一种耐磨斗齿热处理方法实施例,具体热处理工艺参数如表1所示,
表1:
实施例一
本实施例参照表1所示实施例一的工艺参数进行热处理本实施例实施例进行热处理工艺图如图1所示,制得的耐磨斗齿的显微组织如图2所示,由图2可以看出,耐磨斗齿的组织主要由板条马氏体+贝氏体组成。
通过测量得出通过带入特定角度位置的峰值强度计算得出本实施例耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为6.32%。较高的残余奥氏体含量能够提升齿尖的韧性,并在磨损的过程中起到自锐作用,延长齿尖的使用寿命。其他机械性能参数如表2所示。
实施例二
本实施例参照表1所示实施例二的工艺参数进行热处理,具体热处理工艺图如图3所示,耐磨斗齿的组织主要由板条马氏体+贝氏体组成。通过代入特定角度位置的峰值强度计算得出,耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为4.58%。其他机械性能参数如表2所示。
实施例三
本实施例参照表1所示实施例三的工艺参数进行热处理,具体热处理工艺图如图4所示,耐磨斗齿的组织为单一马氏体组织。通过代入特定角度位置的峰值强度计算得出,耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为5.32%。其他机械性能参数如表2所示。
实施例四
本实施例参照表1所示实施例四的工艺参数进行热处理,具体热处理工艺图如图5所示,耐磨斗齿的组织主要由板条马氏体+贝氏体+残余奥氏体组成。通过代入特定角度位置的峰值强度计算得出,耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为4.84%。其他机械性能参数如表2所示。
实施例五
本实施例参照表1所示实施例五的工艺参数进行热处理,耐磨斗齿的组织主要由板条马氏体+贝氏体+残余奥氏体组成。通过代入特定角度位置的峰值强度计算得出,耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为4.12%。其他机械性能参数如表2所示。
实施例六
本实施例参照表1所示实施例六的工艺参数进行热处理,耐磨斗齿的组织主要由板条马氏体+贝氏体+残余奥氏体组成。通过代入特定角度位置的峰值强度计算得出,耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为4.92%。其他机械性能参数如表2所示。
实施例七
本实施例参照表1所示实施例七的工艺参数进行热处理,耐磨斗齿的组织主要由板条马氏体+贝氏体+残余奥氏体组成。通过代入特定角度位置的峰值强度计算得出,耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为5.69%。其他机械性能参数如表2所示。
实施例八
本实施例参照表1所示实施例八的工艺参数进行热处理,耐磨斗齿的组织主要由板条马氏体+贝氏体+残余奥氏体组成。通过代入特定角度位置的峰值强度计算得出,耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为4.46%。其他机械性能参数如表2所示。
实施例九
本实施例参照表1所示实施例九的工艺参数进行热处理,耐磨斗齿的组织主要由板条马氏体+贝氏体+残余奥氏体组成。通过代入特定角度位置的峰值强度计算得出,耐磨斗齿的残余奥氏体体积分数为5.15%。其他机械性能参数如表2所示。
实施例一至实施例九使用的耐磨斗齿,贝氏体转变温度为450℃,马氏体开始转变温度为325℃,马氏体转变结束温度为200℃,即步骤四中斗齿快速冷却至450℃以下再连续冷却至200℃~325℃之间,获得贝氏体+马氏体双相组织;或直接冷却至200℃~325℃之间,获得单相板条马氏体组织。
步骤四中当冷却速度在5.0~10.0℃/s之间时,冷却后获得贝氏体+马氏体双相组织,当冷却速度大于等于10.0℃/s时,冷却后获得马氏体单相组织,当冷却速度在5.0~10.0℃/s之间时,冷却后获得贝氏体+马氏体双相组织。
通过本发明提供的一种耐磨斗齿热处理方法制得的耐磨斗齿,测试实施例一至实施例九制得的耐磨斗齿的机械性能如表2所示。
表2:
通过表2测试数据得知:耐磨斗齿的抗拉强度≥1700MPa,延伸率≥8.0%,洛氏硬度≥45.0HRC,-40℃冲击韧性能AKV≥18.0J;表面取样的-40℃冲击性能AKV≥18J,中心取样-40℃冲击性能AKV≥25J。
通过本发明提供的一种耐磨斗齿热处理方法制得的耐磨斗齿,具有优异的拉伸性能、硬度和冲击韧性,能够满足超大挖掘机用斗齿铸件的热处理需求,壁厚达到10.0cm的超大挖挖掘机用铲斗同样能够淬透。且热处理工艺更加易于实现,有利于实现工业化生产。
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,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,其特征在于,包括如下制备方法:
将待处理斗齿加热至奥氏体化温度,进行均质化处理,其中奥氏体化温度范围为1000℃~1200℃,保温时间为2 .0~4 .0h;
将均质化处理后的斗齿淬冷至室温,得到马氏体组织的斗齿;
将马氏体组织的斗齿快速加热至奥氏体化温度进行保温,得到部分或者完全奥氏体化的斗齿,所述快速加热至奥氏体化温度的范围为870℃~920℃,保温时间不超过30min;
将部分或者完全奥氏体化的斗齿冷却至贝氏体转变温度,再连续冷却至马氏体转变开始温度和马氏体转变结束温度之间,得到贝氏体+马氏体双相组织的斗齿;
对贝氏体+马氏体双相组织的斗齿进行碳配分热处理,空冷至室温,所述碳配分热处理的温度范围为250℃~320℃,时间范围为1h~4.0 h。
2.一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,其特征在于,包括如下制备方法:
将待处理斗齿加热至奥氏体化温度,进行均质化处理;
将均质化处理后的斗齿淬冷至室温,得到马氏体组织的斗齿;
将马氏体组织的斗齿快速加热至奥氏体化温度进行保温,得到部分或者完全奥氏体化的斗齿,所述快速加热至奥氏体化温度的范围为870℃~920℃,保温时间不超过30min;
将部分或者完全奥氏体化的斗齿冷却至马氏体转变开始温度和马氏体转变结束温度之间,得到单相板条马氏体组织的斗齿;
对单相板条马氏体组织的斗齿进行碳配分热处理,空冷至室温,所述碳配分热处理的温度范围为250℃~320℃,时间范围为1h~4.0 h。
3. 根据权利要求1或2所述的一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,其特征在于,所述快速加至热奥氏体化温度的范围为880℃~890℃,保温时间不超过10 min,完全奥氏体化的斗齿中原始奥氏体晶粒尺寸不大于20 μm。
4. 根据权利要求1或2所述的一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,其特征在于,所述空冷至室温后的斗齿进行低温回火处理,所述低温回火温度不高于300℃,低温回火保温时间不低于3.0 h,保温后随炉温冷却。
5.根据权利要求1或2所述的一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,其特征在于,所述快速加热的方式为感应加热,加热速度为80℃/s~300℃/s。
6.根据权利要求1或2所述的一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法,其特征在于,所述贝氏体+马氏体双相组织及单相板条马氏体组织的斗齿中均含有残余奥氏体,其中贝氏体的体积分数≤40%,残余奥氏体的体积分数≥4.0%。
7. 根据权利要求1或2所述的一种超大挖掘机用耐磨斗齿的热处理方法制得的耐磨斗齿,其特征在于,所述耐磨斗齿的抗拉强度≥1700 MPa,延伸率≥8.0%,洛氏硬度≥45.0HRC,-40℃冲击韧性能AKV≥18.0 J。
8. 根据权利要求7所述的耐磨斗齿,其特征在于,所述耐磨斗齿表面至中心硬度呈现梯度分布,所述耐磨斗齿表面取样-40℃冲击性能AKV≥18 J,中心取样-40℃冲击性能AKV≥25 J。
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