CN116790972A - 一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，包括以下步骤：S1，在基础50CrMo4成分条件下进行微合金成分调整，以改变夹杂物形态，所述冲击活塞的成分质量百分比：C 0.46‑0.56%，Si 0.10‑0.50%，Mn 0.50‑0.90%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cr 0.90‑1.20%，Mo 0.15‑0.35%，Cu≤0.40%，其余Fe并添加微量稀土元素；S2，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；S3，采用锻造+退火+正火，保证晶粒度不小于8级；S4，采用阶梯加热、空气‑油双液淬火以及回火工艺保证基体组织满足产品性能；S5，对上述步骤处理完成后的冲击活塞的冲击端部进行局部淬火加低温回火和时效处理；通过本发明的公开，使得50CrMo4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。
Description
技术领域
本发明涉及材料与热处理质量控制技术领域，更具体涉及一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法。
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。冲击活塞在工作过程中，其端头反复冲击钎杆或钎头，因接触疲劳剥落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，冲击活塞因效率显著降低而报废。冲击活塞外表面与缸体配合，在工作过程中，配合面相互摩擦，局部发生汽蚀，当磨损和汽蚀使得冲击效率显著下降时，冲击活塞失效而报废。冲击活塞的主要失效形式是受冲击断面凹陷、花键磨损、受冲击端花键崩裂折断而报废。凿岩机冲击活塞整体应具有高的抗冲击疲劳性能、抗蠕变性能、抗冲击性能，局部（端头）高的抗打击能力和良好的塑性，配合面要有好的耐磨性和抗汽蚀能力，其性能好坏直接关系到凿岩机的使用。
有鉴于此，有必要对现有技术中的冲击活塞的性能予以提升，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，以解决上述技术问题，使50CrMo4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。
为实现上述目的，本发明提供了一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，包括以下步骤：
S1，在基础50CrMo4成分条件下进行微合金成分调整，以改变夹杂物形态，所述冲击活塞的成分质量百分比：C 0.46-0.56%，Si 0.10-0.50%，Mn 0.50-0.90%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cr 0.90-1.20%，Mo 0.15-0.35%，Cu≤0.40%，其余Fe并添加微量稀土元素；
S2，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；
S3，采用锻造+退火+正火，保证晶粒度不小于8级；
S4，采用阶梯加热、空气-油双液淬火以及回火工艺保证基体组织满足产品性能，在淬火工艺中，淬火温度820-880℃，保温时间2-3小时，采用预冷-油冷-空冷淬火方式，并且采用接触式全程实时冷速控制方法对活塞整个淬火过程的冷速进行控制，在回火工艺中，回火温度540-640℃，保温时间不小于2小时；
S5，对上述步骤处理完成后的冲击活塞的冲击端部进行局部淬火加低温回火和时效处理。
作为本发明的进一步改进，所述冲击活塞的成分还包括：Ni 0.20-0.55%，V 0.1-0.3%，RE≤0.030%；其中，保证Ni + V>0.60%。
作为本发明的进一步改进，所述S2步骤中，所选的精炼渣系为氧化铝≥18 wt%、二氧化硅≥14wt%，稀土加入量≤0.027wt%,将A、C类型夹杂物控制≤0.5级,将B、D夹杂物控制≤1级。
作为本发明的进一步改进，所述S3步骤中活塞杆坯经锻造后在860-900℃，保温2-3小时，随后进行珠光体化退火；再次加热到700-750℃，保温2-3小时，以小于20℃/h冷却速率冷却到650-600℃，随后控冷，以提高晶粒尺寸均匀性，消除混晶，随后采用正火处理，正火温度840-880℃，保温时间2-3小时，空气中冷却。
作为本发明的进一步改进，所述S4步骤，在淬火工艺中，50CrMo4液压凿岩机冲击活塞预冷至780-760℃入油，油冷至220-160℃转入空冷。
作为本发明的进一步改进，所述S5步骤，对冲击活塞的冲击端部进行感应加热淬火，温度820-880℃，透热后水冷至200-150℃后空冷；随即将冲击活塞整体进行150-200℃，时长8-15h去应力回火和时效处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，通过C、Cr、Mn、Ni、Mo等元素含量调配合金成分与材料淬透性、强度之间的关系；通过C、Ni、V等元素含量调配合金成分与材料韧性之间的关系；通过微量元素V和稀土的调配达到细化晶粒的作用，通过Si、Al含量的控制实现脱氧的控制以及通过稀土元素的调配降低硫含量和可能的硫化物尺寸，以解决硫化物等夹杂物影响活塞冲击疲劳性能的关键因素；
（2）热处理机理是获得细小均匀的珠光体组织，在珠光体的片层结构边界大量形核形成超细化奥氏体晶粒，未溶的超细化碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，细化奥氏体，晶粒度可达10级左右，使基层组织强韧性大大提高；淬火后金相组织为细针马氏体和很少的残余奥氏体，具有高硬度、高耐磨性和较好的韧性，回火后具有优良的强韧性匹配的综合性能；端头局部处理获得细针状马氏体，时效处理可以消除局部淬火应力和稳定组织，进一步提高大冲击载荷下的使用寿命；
（3）本发明通过对材料成分优化并选取特殊热处理方法研究、开发出一种高性能50CrMo4液压凿岩机冲击活塞材料，以满足液压凿岩机复杂工作载荷条件的使用要求，其性能满足屈服强度(Re)>750MPa，抗拉强度(Rm)>950MPa，伸长率(A)>10%，冲击功(AKV)>30，硬度≤360HB，冲击端头局部淬火58-62 HRC。
附图说明
图1为本发明一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法中冲击活塞的的结构示意图，图中示意出了冲击端部。
实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
请参图1所示出的本发明一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法的一种具体实施方式。
实施例
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（Wt.%）：0.49C，0.38Si，0.74 Mn，0.008 P，0.005 S，1.14 Cr，0.45Ni，0.25 Mo，0.18V，0.04Cu，0.016RE，余量Fe。
热处理过程：①活塞杆坯经锻造后在880℃保温2小时，随炉冷却到720℃保温1h，然后加热到750℃保温2小时，以15℃/h冷却速率冷却到650℃随后空冷；②正火处理，正火温度860℃保温时间2小时，空气中冷却；③淬火处理，淬火加热温度840℃，保温时间2小时，空气预冷760℃入油，油冷至180℃转入空冷，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；④回火处理温度600℃，保温时间2小时；⑤冲击活塞性冲击端部进行感应加热淬火，加热尺寸为图示1左端20mm，温度820℃，透热后水冷；⑥活塞整体进行150+15h去应力回火和时效处理。
经上述处理后的冲击活塞整体硬度320HB，端头面硬度62HRC。
实施例
本实施例中，制作的凿岩机冲击活塞其化学成分为（Wt.%）：0.48C，0.40Si，0.74Mn，0.008 P，0.006 S，1.16 Cr，0.51Ni，0.32 Mo，0.16V，0.02Cu，0.018RE，余量Fe。
热处理过程：①活塞杆坯经锻造后在880℃保温2小时，随炉冷却到720℃保温1h，然后加热到750℃保温2小时，以20℃/h冷却速率冷却到650℃随后空冷；②正火处理，正火温度860℃保温时间2小时，空气中冷却；③淬火处理，淬火加热温度860℃，保温时间2小时，空气预冷750℃入油，油冷至160℃转入空冷，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；④回火处理温度620℃，保温时间2小时；⑤冲击活塞性冲击端部进行感应加热淬火，加热尺寸为图示1左端20mm，温度820℃，透热后水冷；⑥活塞整体进行150+15h去应力回火和时效处理。
经上述处理后的冲击活塞整体硬度310HB，端头面硬度60HRC。
实施例
本实施例中，制作的凿岩机冲击活塞结构其化学成分为（Wt.%）：0.48C，0.40Si，0.74 Mn，0.008 P，0.006 S，1.16 Cr，0.51Ni，0.32 Mo，0.16V，0.02Cu，0.018RE，余量Fe。
热处理过程：①活塞杆坯经锻造后在880℃保温2小时，随炉冷却到720℃保温1h，然后加热到760℃保温2小时，以20℃/h冷却速率冷却到650℃随后空冷；②正火处理，正火温度860℃保温时间2小时，空气中冷却；③淬火处理，淬火加热温度880℃，保温时间2小时，空气预冷760℃入油，油冷至180℃转入空冷，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；④回火处理温度640℃，保温时间2小时；⑤冲击活塞性冲击端部进行感应加热淬火，加热尺寸为图示1左端20mm，温度820℃，透热后水冷；⑥活塞整体进行200℃+10h去应力回火和时效处理。
经上述处理后的冲击活塞整体硬度300HB，端头面硬度58HRC。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在基础50CrMo4成分条件下进行微合金成分调整，以改变夹杂物形态，所述冲击活塞的成分质量百分比：C 0.46-0.56%，Si 0.10-0.50%，Mn 0.50-0.90%，P≤0.025%，S≤0.008%，Cr 0.90-1.20%，Mo 0.15-0.35%，Cu≤0.40%，其余Fe并添加微量稀土元素；
S2，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；
S3，采用锻造+退火+正火，保证晶粒度不小于8级；
S4，采用阶梯加热、空气-油双液淬火以及回火工艺保证基体组织满足产品性能，在淬火工艺中，淬火温度820-880℃，保温时间2-3小时，采用预冷-油冷-空冷淬火方式，并且采用接触式全程实时冷速控制方法对活塞整个淬火过程的冷速进行控制，在回火工艺中，回火温度540-640℃，保温时间不小于2小时；
S5，对上述步骤处理完成后的冲击活塞的冲击端部进行局部淬火加低温回火和时效处理。
2.根据权利要求1所述的一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，其特征在于，所述冲击活塞的成分还包括：Ni 0.20-0.55%，V 0.1-0.3%，RE≤0.030%；其中，保证Ni +V > 0.60%。
3.根据权利要求1所述的一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，其特征在于，所述S2步骤中，所选的精炼渣系为氧化铝≥18 wt%、二氧化硅≥14wt%，稀土加入量≤0.027wt%,将A、C类型夹杂物控制≤0.5级,将B、D夹杂物控制≤1级。
4.根据权利要求1所述的一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，其特征在于，所述S3步骤中活塞杆坯经锻造后在860-900℃，保温2-3小时，随后进行珠光体化退火；再次加热到700-750℃，保温2-3小时，以小于20℃/h冷却速率冷却到650-600℃，随后控冷，以提高晶粒尺寸均匀性，消除混晶，随后采用正火处理，正火温度840-880℃，保温时间2-3小时，空气中冷却。
5.根据权利要求1所述的一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，其特征在于，所述S4步骤，在淬火工艺中，50CrMo4液压凿岩机冲击活塞预冷至780-760℃入油，油冷至220-160℃转入空冷。
6.根据权利要求1所述的一种50CrMo4液压凿岩机冲击活塞性能控制方法，其特征在于，所述S5步骤，对冲击活塞的冲击端部进行感应加热淬火，温度820-880℃，透热后水冷至200-150℃后空冷；随即将冲击活塞整体进行150-200℃，时长8-15h去应力回火和时效处理。
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