[发明专利]一种复合滚刀刀圈及其制备方法

说明书

本发明提供了一种复合滚刀刀圈及其制备方法。具体为：制备颗粒混合体；加热合金钢基体钢液，加入颗粒混合体、混合均匀，采用离心铸造的方式浇注成为钢筒(内径70～120mm、外径180～220mm)；将浇注得到的钢筒切割得到管段，对管段进行高温锻造及退火处理得到滚刀刀圈毛坯；将得到的毛坯进行粗加工、热处理、精加工，得到复合滚刀刀圈。该滚刀刀圈实现了耐磨颗粒在刀圈内侧的梯度分布，在保证刀圈整体抗冲击性能的前提下，以增强耐磨颗粒作用显著提高了刀圈的耐磨性能，有效解决了现有刀圈硬性及韧性不可兼得的问题。本发明制造工艺简单，提高了生产效率，降低了生产成本，更加有助于大规模的生产应用。

技术领域

本发明涉及盾构机部件技术领域，具体涉及一种复合滚刀刀圈及其制备方法。尤其涉及一种陶瓷颗粒增强梯度复合滚刀刀圈及其制备方法。

背景技术

隧道掘进机在隧道开挖项目的应用越来越广泛，极大的提高了隧道施工速度。其中，掘进机破岩的关键部件是滚刀刀圈，滚刀刀圈与岩石接触发生磨损，其使用性能会直接影响隧道施工效率和成本。

目前，现有技术中滚刀刀圈一般采用模具钢进行整体制造，采用该方法进行制造时，其使用性能取决于模具钢材质，在该条件下无法兼顾刀圈的耐磨性和抗冲击性能，且该方法制造工艺繁杂，生产效率较低。

公开号为CN2013107472653的发明专利公开了一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀制备工艺，以提高滚刀的耐冲击性能。但该方法制备的涂层厚度仅为1.5-2.5mm，而刀圈正常使用过程中需要磨损25～35mm，随后报废，该方案中所得刀圈涂层仅1.5～2.5mm，则仅在刀圈使用初期对性能有提高，不利于提高刀圈的整体使用寿命。

公开号为CN2017108260918的发明专利公开了一种复合式盾构滚刀刀圈。该滚刀刀圈采用在刀圈上固接硬质合金块的方法。该方法中因硬质合金块韧性较差，在冲击地层中易断裂，维修成本高，降低了施工效率。

所以，在目前制备的刀圈材料中均是无法同时兼顾其耐磨性及韧性，无法满足隧道施工对更高性能刀圈的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种复合滚刀刀圈及其制备方法。该方法制备的复合滚刀刀圈外层表现出增强颗粒的特点，具有高硬度、高耐磨性，刀圈内层因增强颗粒含量少，主要为合金钢基体、韧性优异，保证了滚刀刀圈的抗冲击性能。

本发明是通过以下技术方案实现的

本发明提供了一种复合滚刀刀圈的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)制备颗粒混合体；

(2)加热合金钢基体钢液，加入步骤(1)中的颗粒混合体、混合均匀，采用离心铸造的方式浇注成为钢筒(内径70～150mm、外径260～350mm)；

(3)将步骤(2)浇注得到的钢筒切割得到管段，对管段进行高温锻造及退火处理得到滚刀刀圈毛坯；

(4)将步骤(3)得到的毛坯进行粗加工，整体热处理，精加工，得到复合滚刀刀圈。

进一步地，步骤(1)所述的颗粒混合体包括陶瓷增强颗粒、基体金属粉末；陶瓷增强颗粒与基体金属粉末以700-1000r/min的转速混合1-1.5小时得到颗粒混合体，然后用网筛过滤，保留直径≤300μm的细小颗粒。

进一步地，所述陶瓷增强颗粒的粒径为50-300μm。

进一步地，步骤(2)所述颗粒混合体的加入量占合金钢基体钢液的质量百分比为1-20％；采用离心铸造浇注成内径70～120mm、外径180～220mm的钢筒，所述离心铸造过程中的离心转速为700-1300r/min，浇注温度为1530-1630℃。该过程中，采用钢液进行浇筑时钢液分多次加入。钢液的初始温度为1530-1630℃，加入后温度逐渐有所降低，分多次加入时候，待上一次加入的钢液呈半凝固状态时再次加入钢液。