[发明专利]一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺

说明书

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。

技术领域

本发明涉及一种盾构机掘进工程技术领域，具体涉及一种梯度硬度滚刀刀圈制作工艺。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用如下技术方案：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。