[发明专利]一种多元低合金耐磨铸钢斗齿及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铸钢斗齿及其制备方法，特别涉及一种多元低合金耐磨铸钢斗齿及其制备方法，属于工程机械技术领域。

背景技术

挖掘机广泛用于采掘、土建、水利及国防工程，斗齿是挖掘机上的重要部件，亦是易损件。随着我国大型水利工程的兴建和高等级公路及高速铁路的迅猛发展，挖掘机的使用量不断增加，挖掘机上的易损件斗齿的消耗量更加巨大。目前，国内斗齿年消耗量近20万吨，价值20亿元以上。所以，开发斗齿用新型抗磨材料，减少斗齿磨损造成的损失，已日益引起重视。

斗齿一般装在挖掘机铲斗的前端，系悬臂梁构件，直接与矿石、砂土、岩石等物料接触。在接触物料时，既承受冲击作用，又承受弯曲作用。服役过程中，斗齿尖部受到较强烈的冲击滑动磨料磨损，尖部表面常出现各式犁沟、变形，造成表面磨损或脱落。因此，要求斗齿柄必须具有足够的强度和韧性，斗齿尖部必须具有良好的抗磨性，才能使斗齿经久耐用。

多年来，研究者在斗齿抗磨材料的选择上进行了大量探索，多数工作以高锰钢为基础，通过加入一些合金来改进高锰钢的性能，常用的斗齿材料有高锰钢斗齿和低碳马氏体多元合金钢斗齿。其中高锰钢斗齿包括普通高锰钢斗齿、改性高锰钢斗齿和含镍高锰钢斗齿。

1)普通高锰钢斗齿：高锰钢(ZGMn13)被较早地用作斗齿材料。用该材料制成的斗齿的优点是受到高冲击时加工硬化能力强(矿山使用过程中，斗齿表面硬度可达HB400～HB500)。高锰钢斗齿适合挖掘高硬度物料，不适合挖掘软物料(煤炭、泥土等)，因软物料不能使之充分加工硬化，故抗磨性能较差。鞍钢矿山研究所和首钢等单位用爆炸硬化法对高锰钢斗齿进行硬化处理，经考核，寿命可提高35～40％。

2)改性高锰钢斗齿：为提高高锰钢斗齿的屈服强度、韧性和耐磨性，美国的AMSCO公司和ESCO公司采用了普通高锰钢添加Cr、Mo或对合金钢进行弥散处理来制作适合不同工况条件下使用的斗齿。俄罗斯采石场上使用的一种挖掘机斗齿，也采用了改性高锰钢，其中含有V、Ti成分，斗齿寿命提高50％。我国挖掘机的生产行业许多厂家曾在1m³和4m³电铲上进行了斗齿材料的联合试验。通过向高锰钢中加入Mo、Cr、V、Ti、RE等微量元素，调整化学成份，寿命均有不同程度的提高。

3)含镍高锰钢斗齿：美国的一些拖拉机厂研制出含Ni高锰钢(含1.5～2.0％Ni)，同时改进铸造工艺，斗齿寿命有很明显提高。

4)低碳马氏体多元合金钢斗齿

在中等冲击工况下，高锰钢韧性有余而耐磨性较差，为此，国内外发展了一系列低合金钢，用于制造斗齿。

为了保证斗齿有足够的韧性，目前用于斗齿的低合金钢大都为低碳型的，其含碳量一般在0.32％以下，以Cr、Ni、Mo、Si、Mn、B等为主要合金化元素，以提高钢的淬透性或形成碳化物提高耐磨性。有代表性的合金系是Mn-Cr、Cr-Mo、Ni-Cr-Mo、Si-Mn-Cr-Mo等。

低碳低合金马氏体钢碳含量通常为0.2～0.3％，不超过0.32％。由于含碳量低，故可以水淬得到板条马氏体组织，其特点是韧性高，可焊性良好，经低温回火具有较高硬度和耐磨性，可用于较高冲击的情况下，目前美国生产的这类钢有90％是用于制造斗齿的。美国的AMSCO公司开发的含Ni-Cr-Mo低碳马氏体多元合金钢，是一种高强度与良好耐磨性结合的材料，经不同热处理，可以扩大其力学性能和硬度的适用范围。目前美国露天矿使用的280-B型挖掘机斗齿尖等采用了这种材料。美国的Marion公司制造的斗容量为8m³的斗齿也使用这种钢。

美国ESCO公司“12系列”耐磨合金中，用于制造斗齿尖的Cr-Si-Mn-Mo为低碳马氏体钢，其综合机械性能很好。日本住友公司研制的SSA系列斗齿用耐磨合金实质上也是低碳马氏体钢，它是在硼钢基础上发展起来的，含碳0.3％左右。SSA系列有低Mn型、Mn-Cr-Mo型和Si-Mn-Cr-Mo型三种成分。

日本近年来采用不含Ni，只含少量Cr、Mo的高硅钢生产斗齿。德国O&K公司的RH75挖掘机也选用含Cr量较高的高硅钢制造斗齿，但这些钢制作的斗齿的抗磨性不够理想。

国内的大型挖掘机多用进口材质20CrNi2Mo，生产成本高。