一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺制造技术

一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺，包括以下步骤，刀圈毛坯锻造成型；粗加工形成刀圈粗坯；真空淬火处理；深冷工艺处理；氮化处理；回火处理；内孔感应处理；去应力处理；精加工，最后制成滚刀刀圈成品。本发明专利技术的刀圈的材料成份设计是莱氏体钢，提高钢的碳含量来保证刀圈具备高硬度和高耐磨性；提高钼细化晶粒、增加韧性和减少钢的回火脆性；提高Cr含量增加淬透性；添加硅提高回火稳定性；增加钒来细化晶粒进一步提高韧性。本发明专利技术充分提高了滚刀刀圈的抗疲劳性、硬度、耐磨性、耐腐蚀性和化学稳定性，延长了滚刀刀圈的使用寿命，获得硬度成梯度分布的刀圈，适应于上软下硬岩层的掘进。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺
本专利技术涉及一种盾构机掘进工程
，具体涉及一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺。
技术介绍
在地下工程领域，盾构法施工的应用越来越广泛。地下工程中的盾构机体积庞大、重量大，地下工作空间有限，工作时盾构机刀盘旋转带动其上各种刀具完成对土体的开挖。盾构刀具是直接与岩屑、岩石接触的零件，易磨损而需要及时更换。滚刀的质量直接影响到盾构机的切削效果及掘进速度。滚刀的工作刃为滚刀刀圈，在工作中受到的摩擦力、剪切力和冲击力相当大，刀圈的损坏方式主要有过早磨损、崩刃、断裂。特别是针对上软下硬地层时掘进时，滚刀刀圈断裂和过早磨损的现象更加突出。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺，其可提高刀圈表面的耐磨性的同时不降低刀圈心部的抗冲击性能，适应于上软下硬岩层中掘进。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺，包括以下步骤，（1）、刀圈毛坯锻造成型；（2）、粗加工形成刀圈粗坯；（3）、真空淬火处理；（4）、深冷工艺处理；（5）、氮化处理；（6）、回火处理；（7）、内孔感应处理；（8）、去应力处理；（9）、精加工，最后制成滚刀刀圈成品，滚刀刀圈硬度沿径向方向成梯度分布，即滚刀刀刃区域HRC61～64，弧形区域表面HRC57～59，弧形区域内部HRC50～57，台阶面区域与刀圈内孔HRC42～46。步骤（1）中刀圈毛坯的成分与质量百分比为：C为1.20～1.50%，Si为0.40～0.60%，Mn为0.3～0.65%，Cr为6.80～7.70%，Mo为2.0～2.4%，V为0.4～0.6%，Fe余量；杂质P≤0.01%，S≤0.02%。步骤（3）真空淬火处理的具体过程为，将刀圈粗坯在真空状态下以<150℃/h速度从室温加热至650-700℃，保温1h，再将刀圈粗坯以<120℃/h速度加热至870-900℃，保温1h，接着继续升温至1050±20℃保温1h，真空淬火，最后冷却至60℃以下。步骤（4）深冷工艺处理的具体过程为，采用液态氮冷却的方式，冷却最低温度为-150℃，将刀圈粗坯以<30℃/h速度从室温冷却至-150℃，在-150℃状态下保温1h。步骤（5）氮化处理的具体过程为，采用等离子氮化，氮化温度520-550℃，在520-550℃保温4-6h。步骤（6）回火处理的具体过程为，在540±20℃进行第一次回火，保温3h；再在515±20℃进行第二次回火，保温3h。步骤（7）内孔感应处理的具体过程为，采用感应线圈伸入到刀圈粗胚内孔区域加热，感应加热控制刀圈粗胚内孔温度700±20℃，加热时间3～10分钟，在空气中自然冷却，其中感应线圈为圆形线圈。步骤（8）去应力处理的具体过程为，在气氛保护炉中去应力处理，温度220±20℃，回火时间1～2小时。采用上述技术方案，本专利技术具有以下独创性及有益效果：真空淬火后，滚刀刀圈的硬度可达HRC61-64，通过对滚刀刀圈采用深冷工艺，可以提高奥氏体向马氏体的转化效率，有效减少刀圈粗坯组织中残余奥氏体的含量。采用氮化工艺时，氮化铁不断吸附在刀圈粗坯表面的并向刀圈粗坯内部扩散，提高刀圈粗坯圆周表面的耐磨性和抗疲劳性能。通过对刀圈粗坯内孔区域感应回火处理，而刀圈粗坯内孔及台阶面区域硬度下调为HRC42-46，刀圈刃部不受感应回火处理的影响，可保证滚刀刀刃的耐磨性和整体滚刀刀圈的冲击韧性，可大幅降低滚刀刀圈断裂的概率。综上所述，本专利技术的刀圈的材料成份设计是莱氏体钢，提高钢的碳含量来保证刀圈具备高硬度和高耐磨性；提高钼细化晶粒、增加韧性和减少钢的回火脆性；提高Cr含量增加淬透性；添加硅提高回火稳定性；增加钒来细化晶粒进一步提高韧性。本专利技术充分提高了滚刀刀圈的抗疲劳性、硬度、耐磨性、耐腐蚀性和化学稳定性，延长了滚刀刀圈的使用寿命，获得硬度成梯度分布的刀圈，适应于上软下硬岩层的掘进。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；附图标记1为滚刀刀刃，2为弧形区域，3为刀圈内孔。具体实施方式本专利技术的一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺，包括以下步骤，（1）、刀圈毛坯锻造成型；（2）、粗加工形成刀圈粗坯；（3）、真空淬火处理；（4）、深冷工艺处理；（5）、氮化处理；（6）、回火处理；（7）、内孔感应处理；（8）、去应力处理；（9）、精加工，最后制成滚刀刀圈成品，如图1所示,滚刀刀圈硬度沿径向方向成梯度分布，即滚刀刀刃1区域HRC61～64，弧形区域2表面HRC57～59，弧形区域2内部HRC50～57，台阶面区域与刀圈内孔3HRC42～46。步骤（1）中刀圈毛坯的成分与质量百分比为：C为1.0%，Si为0.9%，Mn为0.4%，Cr为7%，Mo为2.2%，V为1.8%，Fe余量；杂质P≤0.01%，S≤0.02%。步骤（3）真空淬火处理的具体过程为，将刀圈粗坯在真空状态下以130℃/h速度从室温加热至680℃，保温1h，再将刀圈粗坯以100℃/h速度加热至880℃，保温1h，接着继续升温至1050℃保温1h，真空淬火，最后冷却至60℃以下。步骤（4）深冷工艺处理的具体过程为，采用液态氮冷却的方式，冷却最低温度为-150℃，将刀圈粗坯以15℃/h速度从室温冷却至-150℃，在-150℃状态下保温1h。步骤（5）氮化处理的具体过程为，采用等离子氮化，氮化温度530℃，在530℃保温4-6h。步骤（6）回火处理的具体过程为，在540℃进行第一次回火，保温3h；再在515℃进行第二次回火，保温3h。步骤（7）内孔感应处理的具体过程为，采用感应线圈伸入到刀圈粗胚内孔区域加热，感应加热控制刀圈粗胚内孔温度700℃，加热时间8分钟，在空气中自然冷却，其中感应线圈为圆形线圈。步骤（8）去应力处理的具体过程为，在气氛保护炉中去应力处理，温度220℃，回火时间1.5小时。本实施例并非对本专利技术的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本专利技术的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本专利技术技术方案的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：包括以下步骤，（1）、刀圈毛坯锻造成型；（2）、粗加工形成刀圈粗坯；（3）、真空淬火处理；（4）、深冷工艺处理；（5）、氮化处理；（6）、回火处理；（7）、内孔感应处理；（8）、去应力处理；（9）、精加工，最后制成滚刀刀圈成品，滚刀刀圈硬度沿径向方向成梯度分布，即滚刀刀刃区域HRC61～64，弧形区域表面HRC57 ～ 59，弧形区域内部 HRC50 ～ 57，台阶面区域与刀圈内孔HRC42～46。

【技术特征摘要】
1.一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：包括以下步骤，（1）、刀圈毛坯锻造成型；（2）、粗加工形成刀圈粗坯；（3）、真空淬火处理；（4）、深冷工艺处理；（5）、氮化处理；（6）、回火处理；（7）、内孔感应处理；（8）、去应力处理；（9）、精加工，最后制成滚刀刀圈成品，滚刀刀圈硬度沿径向方向成梯度分布，即滚刀刀刃区域HRC61～64，弧形区域表面HRC57～59，弧形区域内部HRC50～57，台阶面区域与刀圈内孔HRC42～46。2.根据权利要求1所述的一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：步骤（1）中刀圈毛坯的成分与质量百分比为：C为1.20～1.50%，Si为0.40～0.60%，Mn为0.3～0.65%，Cr为6.80～7.70%，Mo为2.0～2.4%，V为0.4～0.6%，Fe余量；杂质P≤0.01%，S≤0.02%。3.根据权利要求1或2所述的一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：步骤（3）真空淬火处理的具体过程为，将刀圈粗坯在真空状态下以<150℃/h速度从室温加热至650-700℃，保温1h，再将刀圈粗坯以<120℃/h速度加热至870-900℃，保温1h，接着继续升温至1050±20℃保温1h，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞利，王增胜，张清郁，郭晓君，陈会鸽，王清斌，
申请(专利权)人：黄河科技学院，
类型：发明
国别省市：河南,41