本發(fā)明屬于隧道、地鐵施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電鍍金剛石滾刀刀圈及其加工工藝。

背景技術(shù)：

目前，我國采用盾構(gòu)、TBM法施工山嶺隧道、城市地鐵進(jìn)入蓬勃發(fā)展時期，盾構(gòu)、TBM法以其地質(zhì)條件適應(yīng)性強、施工速度快、對周邊環(huán)境干擾少等優(yōu)點日益成為隧道施工工法首選，而國內(nèi)一些在建地鐵的城市經(jīng)常遇到巖石抗壓強度達(dá)到甚至超過100MPa的硬巖地層或研磨性極強的砂巖地層，盾構(gòu)機在此地層中掘進(jìn)，傳統(tǒng)的鋼制滾刀刀圈磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致?lián)Q刀頻繁，加大了施工風(fēng)險和工程成本。 目前，滾刀刀圈常采用的材料為4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、H13等，但這些刀圈材料均為單一的合金鋼材質(zhì)，在硬巖和砂巖巖層掘進(jìn)中，存在耐磨性差或者容易斷裂的問題。對于一般條件下制備的金屬材料而言，硬度和韌性是一對矛盾，硬度提高勢必降低材料的韌性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種韌性強、硬度高、耐磨性高、抗壓性能好的電鍍金剛石滾刀刀圈及其加工工藝。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種電鍍金剛石滾刀刀圈，包括刀圈基體和電鍍到刀圈基體圓周外表面的金剛石耐磨層；其中刀圈基體的各原料所占的質(zhì)量百分比分別為：C為0.38～0.48%、Si為0.6 ～0.8%、Mn為1.20 ～1.55%、Cr為2.7 ～3.5%、Mo為2.6～3.4%、V為1.05～1.40%、雜質(zhì)P≤0.02%、雜質(zhì)S≤0.02%、Fe余量。

刀圈基體的整體硬度為刀圈基體硬度HRC為53～57，沖擊韌性25～32J/cm2。

一種電鍍金剛石滾刀刀圈的加工工藝，包括以下步驟：a、所述的刀圈基體的各原料依次經(jīng)過電爐冶煉、精煉、預(yù)鍛、模鍛、緩冷、退火、粗加工獲得盤形刀圈基體粗坯；

b、刀圈基體粗坯再依次經(jīng)高溫真空淬火加二次高溫回火、低溫去應(yīng)力處理、精加工、獲得整體硬度HRC53～57的刀圈基體；

c、將刀圈基體放置到電鍍液中進(jìn)行電鍍作業(yè)，電鍍的金剛石粒度為10/20～30/40目，在刀圈基體表面電鍍上金剛石耐磨層的厚度為1 .0～1.6mm。

步驟b中刀圈基體粗坯經(jīng)高溫真空淬火加二次高溫回火的規(guī)范為：淬火溫度1040℃-1070℃，淬火油溫度30℃-50℃，回火溫度580℃-600℃、540℃-560℃各一次。

步驟c具體包括以下步驟：

（1）電鍍液配制：調(diào)整電鍍液的 pH 值為 3.8～4.2，控制電鍍液溫度為 40～50℃ ；

（2）金剛石清洗：金剛石粉末為鍍鎳金剛石塊研磨而成，將金剛石粉末依次用丙酮、鹽酸和NaOH溶液浸泡后過濾；然后用堿性清洗液對待鍍的刀圈基體表面的油污和氧化層進(jìn)行清洗處理；

（3）預(yù)鍍 ：將刀圈基體放入電鍍液中，在刀圈基體適鍍面部分先電鍍一層預(yù)鍍層，預(yù)鍍電流密度為1.2～1.8A/dm2，預(yù)鍍層厚度為 15～20μm ；

（4）上砂：將金剛石粉末加入電鍍液中，將待鍍的刀圈基體的預(yù)鍍層埋入電鍍液中，不斷攪拌電鍍混合液，對刀圈基體鍍面部分施加400～1000mT 的磁感應(yīng)強度，使金剛石粉末吸附到刀圈基體鍍面部分，使金剛石粉末全面覆蓋到刀圈基體的預(yù)鍍層表面并與刀圈基體緊密結(jié)合；

（5）加厚：上砂后用電鍍液沖洗除去鍍面部分外圍的浮砂，再放入金剛石粉末，不斷攪拌的電鍍液，在電鍍層外進(jìn)一步加厚鍍層，電鍍的電流密度為1.6～2.0A/dm2，加厚鍍層厚度為金剛石磨料平均粒度的65%；

（6）去應(yīng)力處理 ：對加厚電鍍后的刀圈基體和電鍍層進(jìn)行150～250℃低溫處理 1 ～ 2h即可去除應(yīng)力。

所述電鍍液中硫酸鈷的質(zhì)量濃度為22～25g/L、硫酸鎳的質(zhì)量濃度為180～198g/L、氯化鈉的質(zhì)量濃度為16～20g/L。

采用刀圈基體作為電鍍陰極，金屬板作為電鍍陽極，所述金屬板為金屬鎳板。

電鍍陽極材料鍍前處理 ：用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的硫酸溶液浸泡金屬鎳板以除去表面氧化組織。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用電鍍的工藝，把金剛石粉末電鍍到刀圈基體的外圓周表面，采用獨特的加工工藝使刀圈基體具有極高的韌性。通過對電鍍后的刀圈基體和電鍍層進(jìn)行低溫處理去應(yīng)力處理，提高刀圈基體和電鍍層之間的結(jié)合力。 金剛石耐磨層具有很高的抗壓強度、硬度和耐磨性高，故能輕易破碎巖石的同時具有極高的壽命，也大大提高了施工掘進(jìn)效率。

本發(fā)明的加工工藝方法簡單，可操作性強，效率高，本發(fā)明加工成的電鍍金剛石滾刀刀圈不僅表面細(xì)致、含有的雜質(zhì)少，且其具有高耐磨性及高工作壽命。

附圖說明

圖1是本發(fā)明產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的一種電鍍金剛石滾刀刀圈，包括刀圈基體1和電鍍到刀圈基體1圓周外表面的金剛石耐磨層2；其中刀圈基體1的各原料所占的質(zhì)量百分比分別為：C為0.38～0.48%、Si為0.6 ～0.8%、Mn為1.20 ～1.55%、Cr為2.7 ～3.5%、Mo為2.6～3.4%、V為1.05～1.40%、雜質(zhì)P≤0.02%、雜質(zhì)S≤0.02%、Fe余量。

刀圈基體1的整體硬度為刀圈基體1硬度HRC為53～57，沖擊韌性25～32J/cm2。

一種電鍍金剛石滾刀刀圈的加工工藝，包括以下步驟：a、所述的刀圈基體1的各原料依次經(jīng)過電爐冶煉、精煉、預(yù)鍛、模鍛、緩冷、退火、粗加工獲得盤形刀圈基體1粗坯；

b、刀圈基體1粗坯再依次經(jīng)高溫真空淬火加二次高溫回火、低溫去應(yīng)力處理、精加工、獲得整體硬度HRC53～57的刀圈基體1；

c、將刀圈基體1放置到電鍍液中進(jìn)行電鍍作業(yè)，電鍍的金剛石粒度為10/20～30/40目，在刀圈基體1表面電鍍上金剛石耐磨層2的厚度為1 .0～1.6mm。

步驟b中刀圈基體1粗坯經(jīng)高溫真空淬火加二次高溫回火的規(guī)范為：淬火溫度1040℃-1070℃，淬火油溫度30℃-50℃，回火溫度580℃-600℃、540℃-560℃各一次。

步驟c具體包括以下步驟：

（1）電鍍液配制：調(diào)整電鍍液的 pH 值為 3.8～4.2，控制電鍍液溫度為 40～50℃ ；

（2）金剛石清洗：金剛石粉末為鍍鎳金剛石塊研磨而成，將金剛石粉末依次用丙酮、鹽酸和NaOH溶液浸泡后過濾；然后用堿性清洗液對待鍍的刀圈基體1表面的油污和氧化層進(jìn)行清洗處理；

（3）預(yù)鍍 ：將刀圈基體1放入電鍍液中，在刀圈基體1適鍍面部分先電鍍一層預(yù)鍍層，預(yù)鍍電流密度為1.2～1.8A/dm2，預(yù)鍍層厚度為 15～20μm ；

（4）上砂：將金剛石粉末加入電鍍液中，將待鍍的刀圈基體1的預(yù)鍍層埋入電鍍液中，不斷攪拌電鍍混合液，對刀圈基體1鍍面部分施加400～1000mT 的磁感應(yīng)強度，使金剛石粉末吸附到刀圈基體1鍍面部分，使金剛石粉末全面覆蓋到刀圈基體1的預(yù)鍍層表面并與刀圈基體1緊密結(jié)合；

（5）加厚：上砂后用電鍍液沖洗除去鍍面部分外圍的浮砂，再放入金剛石粉末，不斷攪拌的電鍍液，在電鍍層外進(jìn)一步加厚鍍層，電鍍的電流密度為1.6～2.0A/dm2，加厚鍍層厚度為金剛石磨料平均粒度的65%；

（6）去應(yīng)力處理 ：對加厚電鍍后的刀圈基體1和電鍍層進(jìn)行150～250℃低溫處理 1 ～ 2h即可去除應(yīng)力。

所述電鍍液中硫酸鈷的質(zhì)量濃度為22～25g/L、硫酸鎳的質(zhì)量濃度為180～198g/L、氯化鈉的質(zhì)量濃度為16～20g/L。

采用刀圈基體1作為電鍍陰極，金屬板作為電鍍陽極，所述金屬板為金屬鎳板。

電鍍陽極材料鍍前處理 ：用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的硫酸溶液浸泡金屬鎳板以除去表面氧化組織。

以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。