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耐磨高錳鋼制件的加工工藝的制作方法

文檔序號(hào):3257647閱讀:510來源:國知局
專利名稱:耐磨高錳鋼制件的加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于耐磨材料的機(jī)械加工領(lǐng)域,尤其涉及生產(chǎn)耐磨高錳鋼制件的加工工藝。
背景技術(shù)
以ZGMnl3 鋼(其化學(xué)成分大致為 0. 9 I. 2%C, 11 14%Mn,0. 3 0. 6%Si,(0. 04%S,( 0. 07%P)為代表的耐磨高錳鋼,通常是在其制件整體經(jīng)過1000°C溫度左右的水韌處理后得到單相奧氏體的組織狀態(tài)下來使用的。由于表層的奧氏體組織在強(qiáng)烈的沖擊載荷或接觸應(yīng)力作用下,能夠迅速產(chǎn)生加工硬化而使表層硬度急劇升高,從而使耐磨高錳鋼具有了優(yōu)異的耐磨性能。外加沖擊載荷越大,其表層自身的硬化效果就越好。在外加載荷持續(xù)作用下,雖然表層硬化層將不斷地磨耗掉,但次表層的奧氏體將會(huì)連續(xù)不斷地形成新的加工硬化層,從而保證高錳鋼在使用過程中一直保持著高的耐磨性能。并且,耐磨高錳 鋼在表層硬度得到提高的同時(shí),其內(nèi)部仍為具有良好韌性的奧氏體。因此,經(jīng)水韌處理后的耐磨高錳鋼在具有優(yōu)異耐磨性的同時(shí),還能承受較大的沖擊載荷而不破裂。耐磨高錳鋼的這一特殊性使其在冶金、礦山、建材、鐵路、電力、煤炭等機(jī)械裝備中,如破碎機(jī)錘頭、齒板、軋臼壁、挖壁機(jī)斗齒、球磨機(jī)襯板、鐵路道岔等中長期得以廣泛地應(yīng)用。近幾年,公開號(hào)為CN1745963的《高錳鋼轍叉心軌的鍛造(軋制)生產(chǎn)方法》和公開號(hào)為CN101074469的《鍛造(軋制)耐磨奧氏體高錳鋼及其制造工藝》的中國專利(申請(qǐng))開發(fā)出了鍛造(軋制)耐磨高錳鋼的工藝和相關(guān)的產(chǎn)品。但盡管如此,耐磨高錳鋼制件大多數(shù)還是以經(jīng)過機(jī)械加工后的鑄造件的形式來使用的。其加工工序?yàn)殍T造成型鑄件澆冒口、飛邊毛刺的切割--^水韌處理--機(jī)械粗加工、精加工--成品。其中,鑄件澆冒口、飛邊毛刺的切割,特別是澆冒口的切割基本上采用的是氧+乙炔火焰切割等方式的熱切割。由于火焰切割是利用氧化鐵燃燒過程中產(chǎn)生的高溫來進(jìn)行切割的,以及耐磨高錳鋼本身的導(dǎo)熱性低、熱膨脹系數(shù)大、鑄態(tài)組織中存在有大量網(wǎng)狀碳化物、性能很脆等,而很容易使高錳鋼在鑄態(tài)切割時(shí)極易開裂,而使切割的生產(chǎn)過程出現(xiàn)了一系列的問題和困難。若采用高錳鋼鑄件在水韌處理后再進(jìn)行火焰切割的方式進(jìn)行澆冒口的切割,一方面,將增加制件的生產(chǎn)工序,增加生產(chǎn)成本;并且另一方面,雖然耐磨高錳鋼水韌處理后的塑性、韌性大為提高,但切割時(shí)的受熱又會(huì)使碳化物析出,而使高錳鋼在切口附近的化學(xué)成分、組織和性能將發(fā)生較大的變化,也將使鋼變脆,易于開裂。通常,切割之后在耐磨高錳鋼鑄件的表面上常常會(huì)出現(xiàn)深度不超過5_的網(wǎng)狀裂紋。即使當(dāng)時(shí)切割后高錳鋼的表面沒有顯現(xiàn)出裂紋,或者采用將鑄件預(yù)熱到300 800°C熱狀態(tài)下切割的方式進(jìn)行切割后,其表面沒有顯現(xiàn)出裂紋,但切割之后的鑄件若經(jīng)1050°C的水韌處理后,其裂紋均將在切口處顯露出來??梢姡咤i鋼的切割是較難的。目前,耐磨高錳鋼澆冒口的切割一般采用的是①將鑄件浸在水中對(duì)外露的冒口進(jìn)行切割鑄件在鑄造澆注成型后的冷卻過程中當(dāng)溫度處于500 700°C時(shí)進(jìn)行熱切割;③在水韌處理的加熱過程中當(dāng)鑄件的溫度處于500 700°C時(shí)進(jìn)行熱切割之后,再立刻將鑄件放入爐中繼續(xù)升溫準(zhǔn)備水韌處理等某一種方式來進(jìn)行切割。由此可以看出,目前這幾種耐磨高錳鋼鑄件的切割方式在操作工藝和設(shè)備上均顯得極為為復(fù)雜,而且,若操作不當(dāng),仍將會(huì)在鑄件上出現(xiàn)裂紋。除了耐磨高錳鋼鑄件在切割加工的過程中存在有較大的困難之外,而且還由于耐磨高錳鋼經(jīng)過水韌處理后所獲得的單相奧氏體組織具有非常高的形變強(qiáng)化能力,而使得高錳鋼在機(jī)械加工過程中,在切削刀具的作用下,其表層的切削部位會(huì)迅速產(chǎn)生加工硬化,而使切削加工性能急劇降低,導(dǎo)致了材料很難進(jìn)一步切削加工。而且,還具有加工效率低,刀具壽命短,刀具材料消耗嚴(yán)重,加工成本高等問題的存在。雖然隨著近幾十年來刀具材料的迅速發(fā)展,如硬質(zhì)合金刀具以及新型的復(fù)合材料陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具等在生產(chǎn)中的應(yīng)用,以及人們已經(jīng)從選擇先進(jìn)的刀具材料和優(yōu)化切削加工條件、磁化切削、低溫切削、加熱切削、整體加熱進(jìn)行高溫回火處理等方面開展了廣泛深入的研究,并取得了許多研究成果,使得耐磨高錳鋼的切削加工性能和加工效率有了較大的提高。但即使是這樣,由于表面形變強(qiáng)化的影響使得經(jīng)機(jī)械加工之后的耐磨高錳鋼表面具有了一層高硬度的硬化層,使得每次機(jī)械加工時(shí)的加工深度要大于硬化層的厚度。而這個(gè)加工深度,對(duì)于高錳鋼的粗加工來說可能是不存在問題的。但對(duì)于后續(xù)緊接著的半精加工、精加工工序來說,由于其加工深度較小,其加工的部位通常為粗加工過后的已經(jīng)產(chǎn)生了硬化的表層,這樣一來,將使得精加工過程中刀具的磨耗量增加,生產(chǎn)效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
耐磨高錳鋼制件在生產(chǎn)過程中各個(gè)工序處理后內(nèi)部的組織狀態(tài),并充分地利用其組織及其相應(yīng)性能的特點(diǎn),公開一種更為合理、有效的耐磨高錳鋼制件的加工工藝。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種耐磨高錳鋼制件的加工工藝,包括如下步驟第一步,制作耐磨高錳鋼毛坯;第二步,直接對(duì)毛坯進(jìn)行機(jī)械粗加工;或機(jī)械粗加工之前,對(duì)所述毛坯進(jìn)行加熱處理,即在350 650°C保溫0. 5 4h。所述耐磨高錳鋼可以為國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5680-1998)中所規(guī)定的高錳鋼或?yàn)楹i量為14 24%的普通耐磨高錳鋼或在前述基礎(chǔ)上添加鉻、鑰、鎳、鈦、釩、硼、鋁、氮、鈮和/或稀土元素的合金化的耐磨高猛鋼;所述機(jī)械粗加工為鋸、車、銑、刨、鏜、鉆中的一種或多種組合加工。根據(jù)加工精度的需要,在所述第二步,即機(jī)械加工之后,還進(jìn)行水韌處理的步驟或依次進(jìn)行水韌處理和機(jī)械精加工的步驟。進(jìn)一步的,耐磨高錳鋼毛坯由鑄造、高溫鍛造或高溫軋制而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明改進(jìn)了加工工藝,對(duì)制作成型的耐磨高錳鋼,根據(jù)其內(nèi)部組織是否在奧氏體基體上存在有碳化物+珠光體型共析組織,或者在奧氏體基體上存在有碳化物+珠光體型共析組織的多少,來決定是直接進(jìn)行機(jī)械粗加工,還是經(jīng)350°C 650°C保溫0. 5 4小時(shí)的加熱處理冷卻后再進(jìn)行機(jī)械粗加工。當(dāng)奧氏體基體上存在有較多的碳化物+珠光體型共析組織時(shí),由于相對(duì)應(yīng)地內(nèi)部組織中奧氏體的含量減少,則其高錳鋼的 加工硬化能力減弱,而使機(jī)械加工變得更為容易些。并且,碳化物+珠光體型共析組織的數(shù)量越多,則機(jī)械加工性和機(jī)械加工效率就越高。因而,本發(fā)明在制作成型后的高錳鋼的粗加工過程中,充分地利用了耐磨高錳鋼在制作成型或繼而經(jīng)加熱處理后的內(nèi)部組織中存在有較多的碳化物+珠光體型共析組織,采用了機(jī)械粗加工的方法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切割澆冒口、飛邊毛刺的各種方式的火焰切割方法。這樣使得其工序和工藝更為簡便可行,而且其機(jī)械粗加工時(shí)的加工深度也可以達(dá)到高錳鋼在傳統(tǒng)工序中水韌處理后的機(jī)械加工深度。此外,本發(fā)明根據(jù)需要若在成品前采用精加工工序的話,其工序也是在耐磨高錳鋼經(jīng)水韌處理后再進(jìn)行的。由于前面機(jī)械粗加工工序在高錳鋼表層所產(chǎn)生的加工硬化的影響已經(jīng)完完全全地被需要重新加熱處理的水韌處理工序所消除,此時(shí),需要在精加工時(shí)去除掉的高錳鋼制件表層的組織為硬度較低的單相奧氏體組織,這層需被精加工去掉的表層由于在精加工前不存在有機(jī)械粗加工工序,也就不會(huì)存在有機(jī)械粗加工后的硬化表層,因而,本發(fā)明在對(duì)耐磨高錳鋼進(jìn)行最后的精加工工序時(shí),其精加工時(shí)的切削阻力將相對(duì)應(yīng)地降低。這樣刀具的磨損量降低,而加工效率將得以提高。 綜上,與現(xiàn)有的生產(chǎn)耐磨高錳鋼制件加工工序相比,本發(fā)明在保證耐磨高錳鋼制件的組織和性能不會(huì)發(fā)生改變的前提下,使其生產(chǎn)設(shè)備和加工工藝得以簡化,大大提高的加工效率和產(chǎn)品合格率。


圖I是ZGMnl3鋼鑄造成基爾試塊時(shí)的金相組織;圖2是ZGMnl3鋼鑄造成基爾試塊以及經(jīng)550°C保溫2小時(shí)冷卻后的金相組織。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I選用ZGMnl3鋼鑄造成基爾試塊,其金相組織如圖I所示,為奧氏體基體+少量的碳化物和珠光體型共析組織;將鑄造基爾試塊先在型號(hào)為G4250-S立柱臥式帶鋸床上用雙金屬帶鋸以27m/min的速度進(jìn)行鋸切,而后在普通車床CD6140A上進(jìn)行切削加工,粗加工成030mm的試棒;粗加工時(shí),刀具為YT15硬質(zhì)合金刀具,轉(zhuǎn)速280r/min,縱向移動(dòng)速度0. 439mm/r,先后進(jìn)行車圓以及進(jìn)刀深度為2. 7mm和I. 3mm的車削;將O30mm的試棒放入加熱爐中連續(xù)加熱到1050°C后進(jìn)行水韌處理;經(jīng)水韌處理的試棒再在普通車床⑶6140A上進(jìn)行切削精加工;精加工時(shí),刀具仍采用YT15硬質(zhì)合金刀具,轉(zhuǎn)速450r/min,縱向移動(dòng)速度0. 198mm/r,進(jìn)刀深度I. Omm ;試棒經(jīng)精加工之后其表面沒有出現(xiàn)裂紋。實(shí)施例2選用ZGMnl3鋼鑄造成基爾試塊;將鑄造基爾試塊先加熱到550°C保溫2小時(shí)冷卻。冷卻后的金相組織如圖2所示,為奧氏體基體+較多的碳化物和珠光體型共析組織。與未處理前的基爾試塊相比,其金相組織中的碳化物和珠光體型共析組織的數(shù)量要明顯地增加;先在型號(hào)為G4250-S立柱臥式帶鋸床上用雙金屬帶鋸以27m/min的速度進(jìn)行鋸切,再在普通車床⑶6140A上進(jìn)行切削加工,加粗工成O27mm的試棒;粗加工時(shí),刀具為YT15硬質(zhì)合金刀具,轉(zhuǎn)速280r/min,縱向移動(dòng)速度0. 439mm/r,先后進(jìn)行車圓以及進(jìn)刀深度分別為3. Omm和I. 3_。此時(shí) 的機(jī)械加工性和加工效率明顯高于實(shí)施例I的情況;將027mm的試棒放入加熱爐中先加熱到650°C后保溫一段時(shí)間后再繼續(xù)升溫加熱到1000°C進(jìn)行水韌處理;經(jīng)水韌處理的試棒再在普通車床⑶6140A上進(jìn)行切削精加工。精加工時(shí),刀具仍采用YT15硬質(zhì)合金刀具,轉(zhuǎn)速450r/min,縱向移動(dòng)速度0. 198mm/r,進(jìn)刀深度0. 8mm ;試棒經(jīng)精加工之后其表面沒有出現(xiàn)裂紋。實(shí)施例3選用在常規(guī)ZGMnl3鋼化學(xué)成分的基礎(chǔ)上,按重量百分?jǐn)?shù)添加了 2%鉻和0. 2%稀土的合金聞猛鋼,鑄造成基爾試塊;將鑄造基爾試塊先加熱到600°C保溫3小時(shí)冷卻;先在型號(hào)為XA6132萬能升降臺(tái)銑床上進(jìn)行銑切,銑切刀具為①125mmX4mm的整體鶴鋼硬質(zhì)合金鋸片統(tǒng)刀,主軸轉(zhuǎn)速95r/min,刀桿移動(dòng)速度118mm/min ;再在普通車床⑶6140A進(jìn)行切削加工,加粗工成O 30mm的試棒;粗加工時(shí),刀具為YT15硬質(zhì)合金刀具,轉(zhuǎn)速280r/min,縱向移動(dòng)速度0. 439mm/r,先后進(jìn)行車圓以及進(jìn)刀深度為3. Omm和I. 3mm的車削;將030mm的試棒放入加熱爐中先加熱到450°C保溫一段時(shí)間后再繼續(xù)升溫加熱到1050°C進(jìn)行水韌處理即可。以上所述,僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi),根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種耐磨高錳鋼制件的加工工藝,包括如下步驟 第一步,制作耐磨高錳鋼毛坯; 第二步,直接對(duì)毛坯進(jìn)行機(jī)械粗加工;或機(jī)械粗加工之前,對(duì)所述毛坯進(jìn)行加熱處理,即在350 650°C保溫0. 5 4h。
第三步,水韌處理,或依次進(jìn)行水韌處理和機(jī)械精加工。
所述耐磨高錳鋼為碳含量和錳含量分別為0. 70% I. 50%和10 24%的普通耐磨高錳鋼或在此基礎(chǔ)上添加鉻、鑰、鎳、鈦、釩、硼、鋁、氮、鈮和/或稀土元素的合金化耐磨高錳鋼; 所述機(jī)械粗加工為鋸、車、銑、刨、鏜、鉆中的一種或多種組合加工。
2.如權(quán)利要求I所述耐磨高錳鋼制件的加工工藝,其特征在于 在所述第二步,即機(jī)械粗加工之前,對(duì)所述毛坯進(jìn)行加熱處理,即在350 650°C保溫0.5 4h。
3.如權(quán)利要求I或2所述的耐磨高錳鋼制件的加工工藝,其特征在于 在所述第二步,即機(jī)械加工之后,還進(jìn)行水韌處理的步驟或依次進(jìn)行水韌處理和機(jī)械精加工的步驟。
4.如權(quán)利要求I或2所述的耐磨高錳鋼制件的加工工藝,其特征在于 耐磨高錳鋼毛坯由鑄造、高溫鍛造或高溫軋制而成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐磨高錳鋼制件的加工工藝,其步驟為制作普通化學(xué)成分和/或經(jīng)合金化的耐磨高錳鋼毛坯;繼而直接進(jìn)行機(jī)械加工或?qū)γ鬟M(jìn)行加熱處理后再進(jìn)行機(jī)械加工;進(jìn)行常規(guī)的水韌處理;或根據(jù)需要再進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械精加工。與現(xiàn)有生產(chǎn)耐磨高錳鋼制件的加工工序相比較,本發(fā)明在保證耐磨高錳鋼制件的組織和性能不會(huì)發(fā)生改變的前提下獲得了高的加工效率,簡化了生產(chǎn)設(shè)備和工藝,提高了產(chǎn)品的合格率。
文檔編號(hào)C21D8/00GK102644019SQ20121014469
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者丁志敏, 左麗麗, 李麗, 李寶良, 趙晶, 趙瑞榮 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)
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