[发明专利]一种截齿齿体热处理工艺

说明书

本发明一种截齿齿体热处理工艺，包括以下步骤：S1、将42CrMo不锈钢熔化成碳钢水后，添加1~3份Cr以及0.5~2份Mo；S2、将碳钢水浇铸成不锈钢棒材；S3、不锈钢棒材锻压后，机加工成型为截齿齿体；S4、淬将截齿齿体以5℃/min的升温速率加热至730~950℃后保温30~90min，再将截齿齿体置于乳化液或液氮中冷却至室温；S5、将淬火截齿齿体以5℃/min的升温速率加热至250~450℃后保温30~90min，再置于空气中冷却至室温。本发明以42CrMo为基础，通过调整C、Cr、Mo元素的相对含量和淬火、回火工艺，通过碳含量调整合金的硬度，控制硬质相的形貌和分布，提高齿体的高温强度。

技术领域

本发明金属材料设计与热处理领域，涉及一种截齿齿体热处理工艺。

背景技术

地质岩层根据其硬度指标可分为低硬度岩层、硬岩和高硬度岩层。在高硬度岩层上进行隧道、桥梁、地铁等施工作业时，通常需要通过大型旋挖钻机、盾构机等将岩层打穿。这些机械通过旋转的工作头破坏岩层。工作头的核心部分为截齿，截齿由硬质合金焊接在合金钢齿体上制备而成。在此条件下进行的工程工况极为恶劣，工作头的工作温度可达600-800℃，岩石的坚固系数可达12-15以上。而目前市面上主要的截齿齿体的硬度一般低于40HRC。低硬度齿体会造成施工过程中截齿齿体非常容易磨损，寿命较低。此外，使用质量较差的齿体还易导致工作头变形，降低工程机械使用寿命。更严重的是会导致工期拖后，甚至出现施工安全隐患。

硬质岩层在中国分部广泛。据统计，高硬度的花岗岩主要分布在山地，集中分布在云贵高原和燕山山脉以东的第二、三级地形阶梯上。较硬的碳酸岩总面积达200万平方公里,其中裸露的碳酸盐类岩石面积约130万平方公里，约占全国总面积的1/7；埋藏的碳酸盐岩石面积约70万平方公里。云、贵、川、两广、福建等省份硬岩面积比其他省份更多。以柳州本地为例，硬岩面积一般占施工面积的80%以上，打桩过程中一般地下4米左右机械即会碰到岩石，岩层深度一般为20米左右，部分岩层厚度可能达到50米以上。截齿的质量不同，一般打桩深度为5-10米左右即会损坏需要更换，截齿的消耗量巨大。

截齿的主要组成为硬质合金头和截齿齿体。最初的生产工艺是：先对毛坯锻造成型；然后进行不完全退火或球化退火；接着进行机加工然后进行调质热处理；除锈，主要是利用酸洗；硬质合金进行钎焊；然后磨齿，最后进行涂油保护。这种工艺先调质后钎焊，且钎焊之后没有任何后处理。基体因退火使得离齿尖30mm内的硬度下降，且不足20HRC，并有粗大的魏氏体组织出现甚至可能有过烧组织的产生，从而大幅降低了其综合的机械性能。为了使截齿具有硬度较高的工作部分，研究人员针对其生产工艺提出了进行全面改革的方案：首先对齿体进行下料，接着进行锻造，然后采用机械加工，之后对硬质合金的齿尖进行钎焊，对截齿整体进行调质热处理或者在盐浴条件下进行等温淬火，最后进行表面的防腐处理。对截齿整体进行调质热处理或者在盐浴条件下进行等温淬火是使齿体的强韧性和齿体头部处表面的耐磨得到提高的必要步骤。然而进行调质热处理(进行淬火和高温回火处理)以及在盐浴条件下等温淬火的加热以及冷却过程中，在钎焊缝和硬质合金中会有显微裂纹的产生，使截齿的使用寿命受到损害。在进行钎焊时，剧烈加热齿体的头部，也会增生硬质合金的内部裂纹，并在齿体头部有过热组织的产生。除此之外，对截齿整体进行调质热处理或者进行等温淬火并未使硬质合金齿体头部的表面耐磨性有显著提高，所以经使用或使用过程中，齿体头部的表面在早期遭到磨损，过早地暴露出硬质合金并且会发生脱落，从而使截齿发生急剧的磨损破坏。