一種新型耐磨斗齒及其生產方法
【專利摘要】一種耐磨斗齒，包括齒尖和基體部分，基體部分的前端固定安裝有多根相互平行的齒尖，齒尖的材料為合金鋼，基體部分的材料為球墨鐵，齒尖長7-9cm，露出基體部分3cm。每個齒尖都被基體部分大范圍的包裹，增加了齒尖與基體部分之間的接觸面積，提高了齒尖與基體部分的結合力。該斗齒在低成本下仍然具有高耐磨性和高硬度。
【專利說明】一種新型耐磨斗齒及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種挖掘機械用新型耐磨斗齒及其生產方法。
【背景技術】
[0002]斗齒通常裝在挖掘機械的前端，為懸臂梁結構件，工作時靠齒尖接觸物料并轉動把物料裝入鏟斗。斗齒接觸物料時要承受物料的沖擊作用，裝入物料過程中又要承受一定的彎矩作用，斗齒在與物料的接觸以及裝載過程中必然要發生磨損。當斗齒接觸礦石時，礦石的棱角常常切削斗齒表面，導致表面常出現各種變形，造成表面磨損而脫落。使用過程中頻繁更換損壞的斗齒必然降低效率，增加設備和人工成本，造成大量的經濟損失。因此開發性能高、壽命長、同時成本低的耐磨斗齒已引起廣泛關注，對于設備的穩定可靠運行也有著重要的意義。 [0003]目前使用的耐磨斗齒材料主要為高錳鋼和各種低合金鋼。高錳鋼常溫下為奧氏體組織，韌性好且在使用中加工硬化作用強。在強烈沖擊載荷及高擠壓應力下，工件表面可實現α馬氏體相變而得到充分強化。但同時，高錳鋼起始硬度低，故耐磨性能較差。低合金鋼中合金元素含量低，生產成本相對較低，經過合適的熱處理后表現出優良的強度和耐磨性能，克服了高錳鋼那樣必須預先加工硬化才能獲得高硬度的缺點，正逐步成為廣泛使用的一種耐磨材料。但由于仍然加入一定量的稀有金屬，在大量使用時仍會增加使用成本。
[0004]也有在斗齒中使用不同材料的技術，但不同材料之間的可靠熔合是一個難點。通常由不同材料熔合形成的斗齒難以應對復雜惡劣的工作條件，在大沖擊工況中，斗齒常常由于結合強度不夠而損壞。
[0005]

【發明內容】

[0006]本發明針對合金在斗齒領域中所存在的問題，通過對斗齒結構及成份的調節，對生產中各步驟參數的控制，獲得一種低成本、具有高硬度和高耐磨性的斗齒。
[0007]—種耐磨斗齒，包括齒尖和基體部分，基體部分的前端固定安裝有多根相互平行的齒尖，其特征在于:齒尖的材料為合金鋼，基體部分的材料為球墨鐵，齒尖長7-9cm，露出基體部分3cm。
[0008]進一步，齒尖的各成份質量百分比為:C 0.4-0.6, Si 2.2-2.5, Mn 1.3-1.8,Nb 0.1, Ti 0.15-0.2, Ni 0.1-0.25, Al 0.12-0.15, Zn 0.15-0.2, Cr 1.5—2.1，B 0.003-0.007, S^0.02, P < 0.03，其余為Fe，基體部分的各成份質量百分比為:C3.55-3.65, Si 2.1-2.3, Mn 0.2-0.4, Cr 0.35-0.45, Nb 0.06，Ni 0.5-0.7, Mg 0.04-0.05,Cu 0.7，Al 0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，S ≤ 0.01，P ≤ 0.01，其余為 Fe。
[0009]本發明還提供了一種制造上述耐磨斗齒的生產方法，包括以下步驟:
a、合金鋼熔煉，將用于制作齒尖的原料進行熔煉；
b、鋼水出爐溫度約為1480-1550°C，鋼水鎮靜約2_3分鐘后，將1450°C_1520°C的合金鋼鋼水澆注于齒尖模具中，澆注成齒尖；
C、齒尖熱處理:按不高于70°c /h在電爐中升溫至840-890°C，保溫4h，爐冷至室溫；按不高于90°C /h升溫至810-840°C，保溫3h，齒尖出爐后在50_70°C水中，淬火至200_250°C以下；在電爐中升溫至250-300°C進行低溫回火處理，保溫4h，出爐空冷；
d、使用中頻爐對用于生產基體部分的材料進行熔煉，使中頻爐快速升溫，1.5小時內將爐料完全熔化，保溫I小時，進行球化處理和孕育處理，形成鐵液；
e、將加工好的齒尖進行預熱處理，溫度400-500°C，固定于聚苯乙烯模具的底部，齒尖之間留有間隔，將鐵液澆注入已固定好齒尖的模具中；
f、脫模，將鑄好的耐磨斗齒在室溫下脫模。
[0010]進一步的，合金鋼熔煉的具體過程為，在400Kg中頻感應電爐中加入廢鋼，以盡快形成熔池，將NiFe、MnFe直接加到熔化的鋼水中，待鋼水熔清后加入FeSi，攪動鋼水，待爐前成分調整合格后，溫度升至1540-1590°C ;加入除Ti和B以外的其它原料，熔煉溫度1470-15400C，將TiFe和BFe分斷成小塊并加熱至400°C，置入鋼水進行復合處理。
[0011]本發明將斗齒分為齒尖和基體部分兩個部分，基體部分采用球墨鐵，由于大幅降低現有用于制作斗齒的材料中稀有金屬的使用量而降低了生產成本，同時，仍然保持了很高的力學性能。由于每個齒尖都被基體部分大范圍的包裹，增加了齒尖與基體部分之間的接觸面積，提高了齒尖與基體部分的結合力。經過實驗發現，通過特定成份及其含量的使用，不僅使斗齒在低成本下仍然具有高耐磨性和高硬度，同時，令人意外的是，一定量Al和Zn的使用使得由球墨鐵形成的基體部分與齒尖的結合強度大大提高，降低了齒尖脫落的可能，使本發明的斗齒可以適應高沖擊工況，擴大了斗齒可以應用的范圍。
[0012]通過上述生產方法，使斗齒材料與基體部分材料更易于熔合，保證了齒尖與基體部分的結合強度。盡管原理尚不清楚，但通過特定成份和熔煉過程，進一步提高了預先制作的齒尖與由球墨鐵形成的基體部分的結合強度，從而在提供一種高耐磨、高硬度、高韌性的長壽命斗齒的同時，通過使用大量的球墨鐵而大幅降低了斗齒的生產成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1、本發明斗齒齒尖部位的主視圖。
【具體實施方式】
[0014]以下將結合具體實施例對本發明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。
[0015]一種新型耐磨斗齒，包括齒尖I和基體部分2，基體部分2的前端固定安裝有多根相互平行的齒尖1，齒尖I的材料為合金鋼，基體部分2的材料為球墨鐵，齒尖長7-9cm，露出基體部分3cm。
[0016]其中，齒尖的各成份質量百分比為:C0.4-0.6, Si 2.2-2.5, Mn 1.3-1.8, Nb 0.1,Ti 0.15-0.2，Ni 0.1-0.25，Al 0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，Cr 1.5-2.1，B 0.003-0.007，S≤0.02，P≤0.03，其余為Fe，基體部分的各成份質量百分比為:C 3.55-3.65，Si
2.1-2.3，Mn 0.2-0.4，Cr 0.35-0.45，Nb 0.06，Ni 0.5-0.7，Mg 0.04-0.05，Cu 0.7，Al0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，S ≤0.01，P ≤0.01，其余為 Fe。[0017]在基體部分的成份設計中，C是促進石墨化元素，可以增加石墨球數，改善石墨球圓整程度，提高沖擊韌性。但含碳量過高也容易造成缺陷，故碳的質量百分比選擇在
3.55-3.65。胞可以提高珠光體含量，進而提高抗拉強度，但當含量過高時易產生偏析，顯著提高韌脆轉變溫度，降低球墨鐵的塑性及韌性，因此，將Mn的質量百分比控制在0.2-0.4。
[0018]在齒尖的成分設計中，Si在貝氏體轉變過程中具有強烈抑制碳化物析出特點，并穩定和細化奧氏體，增加C、Mn的偏聚，除了提高鋼的淬透性、耐磨性以及屈服強度外，還能保持很好的沖擊韌性和斷裂韌性。Mn、Ni和B均為強增加淬透性元素，可充分提高厚件斗齒淬透性及抗沖擊韌性。Mn能夠提高合金鋼中貝/馬氏體含量和降低鋼的相變點而使組織細化，但當Mn含量過高時，組織中大部分為板條馬氏體，從而導致韌性惡化。在本發明中Mn的加入量為1.3-1.8 (wt) %。Ni和C不形成碳化物，能夠延緩奧氏體分解轉變，對提高淬透性作用很大。另外Ni在提高鋼強度同時，還改善其韌性。在本發明中Ni的加入量為0.1-0.25 (wt) %。B是表面活性元素，主要存在于奧氏體晶界缺陷處，可細化晶粒結構。微量B可極大提高鋼的淬透性,每1份質量的B相當于300份質量的Mo。
[0019]用合金鋼制作的齒尖和用球墨鐵制作的基體部分均含有Al和Zn，且它們的含量也相同。這兩種物質的使用使齒尖和基體部分更加容易熔合，提高了齒尖和基體部分之間的結合力，從而極大延長了斗齒的使用壽命。
[0020]一種制造上述耐磨斗齒的生產方法，包括以下步驟:
a、合金鋼熔煉，將用于制作齒尖的原料進行熔煉；
b、鋼水出爐溫度約為1480 -1550°C，鋼水鎮靜約2_3分鐘后，將1450°C_1520°C的合金鋼鋼水澆注于齒尖模具中，澆注成齒尖；
C、齒尖熱處理:按不高于70°C /h在電爐中升溫至840-890°C，保溫4h，爐冷至室溫；按不高于90°C /h升溫至810-840°C，保溫3h，齒尖出爐后在50_70°C水中，淬火至200_250°C以下；在電爐中升溫至250-300°C進行低溫回火處理，保溫4h，出爐空冷；
d、使用中頻爐對用于生產基體部分的材料進行熔煉，使中頻爐快速升溫，1.5小時內將爐料完全熔化，保溫I小時，進行球化處理和孕育處理，形成鐵液；
e、將加工好的齒尖進行預熱處理，溫度400-500°C，固定于聚苯乙烯模具的底部，齒尖之間留有間隔，將鐵液澆注入已固定好齒尖的模具中；
f、脫模，將鑄好的耐磨斗齒在室溫下脫模。
[0021]實施例1
齒尖的各成份質量百分比為:c 0.4，Si 2.2，Mn 1.8，Nb 0.1，Ti 0.15，Ni 0.25，Al0.12，Zn 0.2, Cr 2.1，B 0.007，S < 0.02，P < 0.03，其余為Fe ;基體部分的各成份質量百分比為:C 3.55，Si 2.1, Mn 0.4, Cr 0.45，Nb 0.06，Ni 0.7，Mg 0.04，Cu 0.7，Al 0.12，Zn0.2，S ≤ 0.01，P ≤0.01，其余為 Fe。
[0022]實施例2
齒尖的各成份質量百分比為:c 0.5，Si 2.3，Mn 1.5，Nb 0.1，Ti 0.18，Ni 0.18，Al0.13，Zn 0.19，Cr 1.9，B 0.005，S ^ 0.02, P ^ 0.03，其余為 Fe ;基體部分的各成份質量百分比為:C 3.6，Si 2.2，Mn 0.3，Cr 0.4，Nb 0.06，Ni 0.6，Mg 0.043，Cu 0.7，Al 0.13，Zn 0.19，S ≤ 0.01，P ≤ 0.01，其余為 Fe。
[0023]實施例3齒尖的各成份質量百分比為:c 0.6，Si 2.5，Mn 1.3，Nb 0.1, Ti 0.2，Ni 0.1, Al
0.15，Zn 0.15，Cr 1.5，B 0.003，S ^ 0.02, P ^ 0.03，其余為 Fe ;基體部分的各成份質量百分比為:C 3.65，Si 2.3, Mn 0.2, Cr 0.35，Nb 0.06，Ni 0.5, Mg 0.05，Cu 0.7, Al 0.15，Zn 0.15，S ≤ 0.01，P ≤ 0.01，其余為 Fe。
[0024]實施例4-6
實施例4-6的各成份質量百分比分別與實施例1-3相同，不同之處在于，生產方法中合金鋼熔煉按以下過程進行:在400Kg中頻感應電爐中加入廢鋼，以盡快形成熔池，將NiFe、MnFe直接加到熔化的鋼水中，待鋼水熔清后加入FeSi，攪動鋼水，待爐前成分調整合格后，溫度升至1540-1590°C;加入除Ti和B以外的其它原料，熔煉溫度1470_1540°C，將TiFe和BFe分斷成小塊并加熱至40(TC，置入鋼水進行復合處理。
[0025]物理實驗證明，上述三種典型配比的斗齒經熱處理后，具備了高強度、高硬度和優異的抗沖擊韌性。實施例1-6中的斗齒不僅具有優異的耐磨性能，而且在強度、硬度、抗沖擊韌性等方面均優于由改進型高錳鋼或40Cr鋼制作的斗齒，實施例1-3連續工作不失效時間比由改進型高錳鋼或40Cr鋼制作的斗齒略高，而實施例4-6連續工作不失效時間優于實施例1-3。
[0026]本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。
【權利要求】
1.一種耐磨斗齒，包括齒尖和基體部分，基體部分的前端固定安裝有多根相互平行的齒尖，其特征在于:齒尖的材料為合金鋼，基體部分的材料為球墨鐵，齒尖長7-9cm，露出基體部分3cm。
2.根據權利要求1所述的一種耐磨斗齒，其特征在于:齒尖的各成份質量百分比為:C 0.4-0.6，Si 2.2-2.5，Mn 1.3-1.8，Nb 0.1，Ti 0.15-0.2，Ni 0.1-0.25，Al 0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，Cr 1.5-2.1, B 0.003-0.007，S ≤ 0.02，P ≤ 0.03，其余為 Fe ;基體部分的各成份質量百分比為:C 3.55-3.65，Si 2.1-2.3，Mn 0.2-0.4，Cr 0.35-0.45，Nb 0.06，Ni0.5-0.7，Mg 0.04-0.05，Cu 0.7，Al 0.12-0.15，Zn 0.15-0.2，S ≤ 0.01，P≤ 0.01，其余為Fe。
3.根據權利要求1或2所述的一種耐磨斗齒，其特征在于:包括以下生產步驟: a、合金鋼熔煉，將用于制作齒尖的原料進行熔煉； b、鋼水出爐溫度約為1480-1550°C，鋼水鎮靜約2_3分鐘后，將1450°C_1520°C的合金鋼鋼水澆注于齒尖模具中，澆注成齒尖； C、齒尖熱處理:按不高于70°C /h在電爐中升溫至840-890°C，保溫4h，爐冷至室溫；按不高于90°C /h升溫至810-840°C，保溫3h，齒尖出爐后在50_70°C水中，淬火至200_250°C ；在電爐中升溫至250-300°C進行低溫回火處理，保溫4h，出爐空冷； d、使用中頻爐對用于生產基體部分的材料進行熔煉，使中頻爐快速升溫，1.5小時內將爐料完全熔化，保溫I小時，進行球化處理和孕育處理，形成鐵液； e、將加工好的齒尖進行預熱處理，溫度400-500°C，固定于聚苯乙烯模具的底部，齒尖之間留有間隔，將鐵液澆注入已固定好齒尖的模具中； f、將鑄好的耐磨斗齒在室溫下脫模。
4.根據權利要求3所述的一種耐磨斗齒，其特征在于:所述生產方法中合金鋼熔煉的具體過程為，在400Kg中頻感應電爐中加入廢鋼，以盡快形成熔池，將NiFe、MnFe直接加到熔化的鋼水中，待鋼水熔清后加入FeSi，攪動鋼水，待爐前成分調整合格后，溫度升至1540-1590°C ;加入除Ti和B以外的其它原料， 熔煉溫度1470_1540°C，將TiFe和BFe分斷成小塊并加熱至40(TC，置入鋼水進行復合處理。
【文檔編號】C22C33/04GK103614661SQ201310548623
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】徐雪明 申請人:寧波宇翔機械鑄造有限公司