專利名稱：挖掘機(jī)斗齒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斗齒，尤其涉及一種挖掘機(jī)斗齒及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
挖掘機(jī)斗齒是挖掘機(jī)的重要部件，挖掘機(jī)的斗齒在礦山的采掘過程中直接與礦石接觸，工作條件十分惡劣。挖掘機(jī)斗齒因表面硬度低，耐磨性差，除正常鑿削磨損外，還要承受強(qiáng)烈的沖擊負(fù)荷，部位因?yàn)轫g性不足，在施工中不斷受到各種強(qiáng)大作用力的沖擊而發(fā)生脆斷，這樣不僅造成材料的浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)的損失，而且還影響著生產(chǎn)的進(jìn)度。影響挖掘機(jī)斗齒壽命的因素很復(fù)雜，除礦石結(jié)構(gòu)、軟硬程度、爆破情況，以及使用單位對(duì)挖掘機(jī)的維修與保養(yǎng)和司機(jī)的操作水平外，還有斗齒的結(jié)構(gòu)和形狀的影響，挖掘機(jī)斗齒的材料及其制備方法中熱處理的影響。理想的挖掘機(jī)斗齒材料表面應(yīng)具有高硬度，良好的耐磨性，基體具有高強(qiáng)度、高韌性，使用壽命長等特點(diǎn)，這是單一的材料難以同時(shí)達(dá)到的?，F(xiàn)有的斗齒一般采用耐磨鋼，例如Robert Hadfield發(fā)明的Hadfield鋼，其耐磨性和韌性較好，但是其沖擊韌性偏低，在挖掘機(jī)工作過程中，斗齒表面容易造成大塊脫落，甚至易發(fā)生脆斷。此外，高錳鋼一般被認(rèn)為只有在高沖擊或強(qiáng)鑿削的磨損條件下，表面才能有效地產(chǎn)生加工硬化層，表現(xiàn)出較高的耐磨性，否則它甚至比不上一般鋼的耐磨性。中國專利申請(qǐng)(公開號(hào)為CN102400050A)公開了一種斗齒，其組成成分為C :
0.26 % -0. 29 %, Mn :0. 90 % -I. 20 %, Si :1. 10 % -I. 30 %, Cr :1. 30 % -I. 50 %, B
0.001% -0. 005%, Al :0. 02% -0. 06%，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，以及其制備方法
鑄造工序和熱處理工序，該斗齒機(jī)械性能有一定提高，能滿足一般挖掘機(jī)工作環(huán)境需求，但仍較易發(fā)生斷裂或者裂紋，使用壽命較短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種機(jī)械性能更好，使用壽命長的挖掘機(jī)斗齒。本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種挖掘機(jī)斗齒，其組成成分及質(zhì)量百分比為C 0. 26 % -0. 29 %, Mn 1. 30 % -I. 50 %, Si 1. 20 % -I. 40 %, Cr
1.40% -I. 60%,Mo 0. 15% -0. 25%,Ni :0. 20% -0. 30%，余量為 Fe 以及不可避免的雜質(zhì)。碳含量是決定鋼硬度的重要因素，本發(fā)明挖掘機(jī)斗齒的組成成分中碳含量設(shè)計(jì)得較低，為0. 26 % -0. 29 %，雖增加了鑄件對(duì)裂紋的敏感性，但通過淬火獲得了高硬度的同時(shí)，又保證了足夠的塑性與韌性及其耐磨性。Mn作為合金鋼的基本元素，當(dāng)Mn元素高于9%時(shí)，對(duì)鋼的機(jī)械性能沒有明顯的影響。在保證奧氏體組織的前提下，隨著Mn元素含量的降低，奧氏體穩(wěn)定性下降，但是加工硬度能力顯著增強(qiáng)，耐磨性在高沖力作用下顯著提高，本發(fā)明將Mn含量降低至I. 30-1. 50%,既保證了奧氏體組織，又能增加奧氏體的硬度和強(qiáng)度，還可大幅提高斗齒的耐磨性，以彌補(bǔ)低碳的不足。錳元素在該斗齒中起到兩方面作用，一為中和鐵元素的有害作用，使鐵元素僅發(fā)揮其正面作用，因此余量鐵元素也是選取錳元素含量的重要參考參數(shù)；二為提高斗齒的耐蝕性，添加錳元素可以細(xì)化材料組織，提高再結(jié)晶溫度，增強(qiáng)斗齒在礦山的采掘過程中直接與礦石接觸摩擦產(chǎn)生高溫時(shí)的耐熱性。若鋼中的含硅量較高，則會(huì)引起碳化物分解，降低碳在奧氏體中的濃度，使形變強(qiáng)化能力變差，同時(shí)使鑄件產(chǎn)生裂紋的傾向增大。固本發(fā)明中硅的含量控制在1.20% -1.40%,此外，Cr、Mn、Si三元素配比的交互作用，對(duì)鋼的淬透性、淬硬性、奧氏體的穩(wěn)定性均有明顯的作用。本發(fā)明將Cr含量提高到I. 40%-I. 60%，因?yàn)殍F原子半徑為2. 7而鉻原子的半徑為2. 8 10_1(lm，兩者十分相近，鐵與鉻的親和力比其他元素強(qiáng)，容易與碳結(jié)合成(Fe 、Cr)3C。此外，鋼的鑄態(tài)組織中隨鉻含量的增加碳化物量隨之增加，往往在晶界上形成連續(xù)網(wǎng)狀碳化物(Fe、Cr)3C。由于鉻的擴(kuò)散過程特點(diǎn)和鉻對(duì)碳擴(kuò)散過程的影響，一般水韌處理時(shí)，含鉻碳化物很難水解，形成單項(xiàng)奧氏體較難，從而影響鋼的性能。碳化物形成元素Mo具有形成彌散合金碳化物的作用，在提高耐磨性的同時(shí)，可細(xì)化晶粒，使斗齒整個(gè)截面具有較均勻的力學(xué)性能。經(jīng)研究表明，當(dāng)加入0. 15% -0. 25% Mo時(shí)，鋼的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性可提高20% -30%，耐磨性也提高20% -30%。Mo可分布在碳化物中抑制碳化物的析出從而提高鑄件的抗裂紋能力和水淬質(zhì)量。Mn和Ni均是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，有利于獲得殘余奧氏體，與適量的Mo配合可以提高鋼的貝氏體淬透性，空冷時(shí)獲得無碳化物貝氏體組織。加人的Ni可提高鋼的沖擊韌性，改善低溫韌性。本發(fā)明在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上加入少量Ni，其目的是確保鋼具有良好的淬透性、淬硬性與綜合力學(xué)性能。進(jìn)一步地，所述雜質(zhì)中，S元素的質(zhì)量百分比小于等于0.025%，P元素的質(zhì)量百分比小于等于0. 025%。S能使鋼的性能變差，但當(dāng)含硫量小于0. 03%時(shí)，它的有害作用就不明顯。磷和硫一樣，對(duì)高錳鋼的耐磨性和機(jī)械性能均有特別有害的影響，每0.02%的P平均降低沖擊韌性I. 98J/cm2 ;當(dāng)磷從0. 07% -I. 0%降到0. 02% -0. 04%，鋼的塑性、韌性、耐磨性均可提高40% _50%，鑄件裂紋也可大大減少。本發(fā)明將磷的含量控制在0. 025%以內(nèi)，還可避免沿晶界析出共晶磷化物。進(jìn)一步地，所述斗齒的組成成分及質(zhì)量百分比為C:0. 27%，Mn :1.40%, Si
I.20%, Cr 1. 50%, Mo :0. 20%, Ni :0. 25%，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明還提供一種上述斗齒的制備方法，包括鑄造工序和熱處理工序。所述熱處理工序中，待溫度為950°C _980°C時(shí)進(jìn)行淬火，淬火后先保溫2-4小時(shí)；待溫度為2200C _240°C時(shí)回火，回火后再保溫3-4小時(shí)。進(jìn)一步地，所述熱處理工序中，回火溫度為230°C。本發(fā)明采用的鑄造工序?yàn)槌Ｒ?guī)鑄造工序，該方熱處理工序簡化生產(chǎn)工藝，減少能源消耗，且同樣能使鑄件具有常規(guī)熱處理后的性能水平。由于該方法可立即快速升溫到淬火溫度，這樣就縮短了碳化物重新溶解的時(shí)間。因此，該工藝所得的組織較常規(guī)熱處理顯著改善奧氏體均勻性增加，碳化物溶解更完全，晶界碳化物減少，故鋼的塑性特別是沖擊韌性及鑄件各部位性能的均勻性顯著提高。本發(fā)明采用的淬火加熱溫度不同于常規(guī)亞共析鋼的淬火溫度，按常規(guī)設(shè)定淬火溫度最高為900°C，但淬火效果并不理想。鋼在加熱過程中，在400°C _700°C時(shí)，碳化物不斷地析出和長大，700°C -900°C時(shí)碳化物逐漸溶解，加熱至950°C以上時(shí)，即使晶界上殘余的碳化物也會(huì)全部溶解。由于難溶的碳化物的存在，有必要提高其固溶溫度，將淬火溫度提高到9500C _980°C，鋼的強(qiáng)度雖略微下降，但可達(dá)到最佳的強(qiáng)韌性和塑性。提高淬火的溫度有利于成分的均勻化，進(jìn)一步減少高碳微區(qū)，增大高位錯(cuò)板條壯馬氏體和薄膜狀殘余奧氏體的數(shù)量，從而提高鋼的強(qiáng)韌性，增強(qiáng)抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，減輕應(yīng)力集中，改善韌性。另一方面，若熱處理中加熱溫度偏低或保溫時(shí)間不足，碳化物不能充分溶解，常常聚集在奧氏體的晶界上。熱處理中加熱溫度偏高，就又會(huì)使奧氏體晶粒長大。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過配置特定組分和質(zhì)量百分比的原料，并通過特殊的熱處理工藝得到本發(fā)明的挖掘機(jī)斗齒，其機(jī)械性能更好，具有更高的硬度、韌性、耐磨性、抗、拉強(qiáng)度，使用壽命更長。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的剖視圖。圖中，I、齒尖；2、工作部；3、連接部；4、連接孔；5、凹槽一 ；6、凸臺(tái)；7、工作面；8、加強(qiáng)筋；9、凹槽二。
具體實(shí)施例方式以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。如圖I和圖2所示，本發(fā)明的斗齒包括齒尖I、工作部2和連接部3，工作部2位于齒尖I和連接部3之間，齒尖I、工作部2和連接部3為一體式結(jié)構(gòu)，作為優(yōu)選方案，選擇工作部2尾端厚度Hl為12mm。工作部2的高度從齒尖I端至連接部3端逐漸升高，工作部2其中一個(gè)工作面7上沿軸心線方向設(shè)有加強(qiáng)筋8，作為優(yōu)選方案，選擇加強(qiáng)筋8的尾端比首端高出長度H2為4mm，另外，在該工作面7上向內(nèi)凹陷形成有兩個(gè)凹槽一 5，兩個(gè)凹槽一 5分列在加強(qiáng)筋8的兩側(cè)且對(duì)稱設(shè)置，工作部2另一工作面7沿軸心方向向內(nèi)凹陷形成有凹槽二 9。凹槽一 5為弧形凹槽，弧形凹槽的設(shè)計(jì)破壞了挖掘過程中被壓緊物料沿工作部2頂面移動(dòng)的趨勢，降低了挖掘阻力，增加了攜帶量，減輕了斗齒自身的磨損。齒尖I形狀呈“鴨嘴型”，齒尖I寬度小于工作部2寬度，齒尖I與工作面7形成有一個(gè)切削角度a，作為優(yōu)選方案，選擇齒尖I端部的寬度D為24mm，選擇齒尖I軸心方向的長度L為2mm，選擇切削角度a為120°，在斗齒離開物料時(shí)，凹槽一 5和凹槽二 9能帶走一部分物料，相比于尖刀形斗齒，本斗齒工作時(shí)與物料的接觸面積較大，攜帶量較大；相比于扁形的斗齒，本發(fā)明的斗齒工作時(shí)能夠挖掘的比較深，工作效率高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。連接部3兩側(cè)邊開設(shè)有相貫通的連接孔4，兩個(gè)連接孔4外圍設(shè)有凸臺(tái)6，連接孔4穿過凸臺(tái)6。凸臺(tái)6的設(shè)置，減少了連接孔4的磨損，延長了斗齒的使用壽命。表I :實(shí)施例I 3用于制備挖掘機(jī)斗齒的組成成分和質(zhì)量百分比表I

權(quán)利要求
1.一種挖掘機(jī)斗齒，其特征在于所述斗齒的組成成分及質(zhì)量百分比為C: O. 26 % -O. 29 %, Mn 1. 30 % -I. 50 %, Si 1. 20 % -I. 40 %, Cr 1. 40 % -I. 60 %, Mo O. 15% -O. 25%, Ni :0. 20% -O. 30%，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的挖掘機(jī)斗齒，其特征在于所述雜質(zhì)中，S元素的質(zhì)量百分比小于等于O. 025%, P元素的質(zhì)量百分比小于等于O. 025%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的挖掘機(jī)斗齒，其特征在于所述挖掘機(jī)斗齒的組成成分及質(zhì)量百分比為C 0. 27%, Mn 1. 40%, Si :1. 20%, Cr :1. 50%, Mo :0. 20%, Ni :0. 25%，余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
4.一種制備權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述挖掘機(jī)斗齒的制備方法，包括鑄造工序和熱處理工序，其特征在于所述熱處理工序中，淬火溫度為950°C -980°C，淬火后保溫時(shí)間為 2-4小時(shí)，回火溫度為220°C _240°C，回火后保溫時(shí)間為3_4小時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的挖掘機(jī)斗齒的制備方法，其特征在于所述熱處理工序中，回火溫度為230°C。
全文摘要
本發(fā)明公開一種挖掘機(jī)斗齒及其制備方法，它解決了現(xiàn)有的斗齒較易發(fā)生斷裂或者裂紋，使用壽命較短的問題。本發(fā)明挖掘機(jī)斗齒的組成成分及其質(zhì)量百分比為C0.26％-0.29％，Mn1.30％-1.50％，Si1.20％-1.40％，Cr1.40％-1.60％，Mo0.15％-0.25％，Ni0.20％-0.30％，余量為Fe。本發(fā)明還提供一種制備上述挖掘機(jī)斗齒的制備方法，包括鑄造工序和熱處理工序。采用本發(fā)明斗齒機(jī)械性能好，硬度、韌性、耐磨性、抗拉強(qiáng)度高，使用壽命長。
文檔編號(hào)C22C38/44GK102978531SQ20121046803
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者錢嘉镕新 申請(qǐng)人:寧波嘉達(dá)精密鑄造有限公司