CN102277535B

CN102277535B - 松土器齿合金材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102277535B
Application number: CN 201110233318
Authority: CN
Inventors: 蔡长景
Original assignee: NINGBO WANGUAN PRECISON FOUNDRY FACTORY
Current assignee: Ningbo Wanguan Investment Casting Co.,Ltd.
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-08-12
Also published as: CN102277535A

Abstract

本发明公开一种松土器齿合金材料，其特征在于：该材料由以下重量百分比的各组分组成：C：0.20％～0.30％，Si：0.80％～1.50％，Mn：0.80％～1.50％，Cr：1.20％～2.00％，Mo：0.20％～0.80％，Ni：0.20％～0.80％，余量为铁。本发明还提供了上述松土器齿合金材料的制备方法。该合金材料具有强度高、耐磨性好，塑性和冲击韧性好，能够减少断裂，从而提高使用寿命的优点。

Description

松土器齿合金材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种用于制备松土器齿的松土器齿合金材料及其制备方法。

背景技术

松土器齿（也可称松土器斗齿）是挖掘机斗齿的一种类型，其使用环境要求具备耐磨性好、强度高、韧性好，在工作过程中不断裂的性能。松土器齿的失效方式为磨损和断裂，磨损是正常失效，断裂是非正常失效，断裂是由于强度不足或冲击韧性太低引起。松土器一旦断裂就不能使用，需立即更换。现有市场上的松土器齿通过调查和客户反馈，由于工况条件恶劣，在工作过程中很容易发生断裂而失效的松土器齿不在少数。

而且，现有的松土器齿国外多采用锻造工艺，同样的松土器齿，其生产成本要高于铸造工艺成本。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种强度高、耐磨性好，塑性和冲击韧性好，能够减少断裂，从而提高使用寿命的松土器齿合金材料。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种松土器齿合金材料，该材料由以下重量百分比的各组分组成：C0.20%~0.23%，Si1.25%~1.50%，Mn0.80%~0.95%，Cr1.30%~1.80%，Mo0.30%~0.35%，Ni0.30%~0.60%，余量为铁。

作为最优选，本发明的松土器齿合金材料，该材料由以下重量百分比的各组分组成：C0.23%，Si1.25%，Mn0.95%，Cr1.60%，Mo0.35%，Ni0.50%，余量为铁。

碳：高的含碳量可以提高钢的强度、硬度和耐磨性，但当钢中含碳量大于0.30﹪时，淬火后不可避免地要出现较多的孪晶亚结构，这使钢的塑性和冲击韧性下降，并且有可能增加淬火裂纹倾向；钢中含碳量小于0.30﹪时，可以得到几乎全部板条状的低碳马氏体，不仅具有高的塑性和冲击韧性，而且还具有低的疲劳缺口敏感度。

特别对于在严寒地带工作的，并且在低温下要求高强度和高韧性的斗齿，采用低碳马氏体强化是很合适的。因为以往材料生产的松土器齿断裂的比例较大，分析认为是冲击韧性较低所造成，从提高钢的冲击韧性出发，选择较低的含碳量，控制0.20~0.30﹪范围。

合金元素：要提高松土器齿的强度，必须在低碳马氏体的基础上加入合金元素进行强化，这里首先考虑Si,Mn,Cr,Mo等4种元素。为了提高钢的冲击韧性，还必须加入Ni元素。

硅与锰：在淬火低温回火状态下，硅和锰对钢的强化作用比较明显；硅和锰含量0.8~1.5﹪时可增加钢的塑性；硅和锰配合的复合作用对提高钢冲击韧性有着很好的效果；

硅和镍一样能有效地阻止Fe3C的形核和长大，从而推迟回火脆性的发生，这就可以把钢的回火温度相应提高，这样，在保证高强度的同时可以进一步提高钢的塑性和韧性。

锰可显著提高钢的淬透性，但过量的锰易发生过热，增大奥氏体晶粒长大倾向，应适当控制。

铬、镍、钼：铬和钼可提高钢的淬透性，细化晶粒；铬可使钢的冲击韧性保持在较高水平，特别是铬、镍、钼多元合金共同配合下的作用更大；加入0.2~0.8﹪的钼对提高钢的冲击韧性有明显的效果；镍可改善钢的低温性能，是提高钢的冲击韧性效果最好的合金元素；镍还可使淬火低温回火钢的塑性随其含量的增加而不断增加。

本发明要解决的另一个技术问题是，还公开一种上述松土器齿合金材料的制备方法，具体制备步骤为：

（1）按照铸钢正常的熔炼工艺，首先按照配方比例将各组分熔化，然后将温度升至1600~1640℃，并加入铝脱氧捞渣后出炉，钢水浇注温度1520~1560℃，浇注完成后铸件经脱模、打磨清理后进行热处理；

（2）热处理：正火：将步骤（1）所得铸件加热至900~1000℃，保温1.5~2.5小时使得铸件热透，然后出炉在空气中冷却至室温；

淬火：将正火后的铸件进行淬火，淬火温度为880~1000℃，保温1.5~2.5小时使铸件热透，然后铸件出炉后放置于水中快速冷却至室温；

回火：将淬火后的铸件进行回火，回火处理的主要目的是消除应力，稳定组织，提高综合力学性能和耐磨性，回火加热温度为220～300℃，保温时间3~5小时后冷却至室温。

本发明的优点和有益效果：

1.本发明选用较低的含碳量，采用多种合金元素并合理搭配，使得制备的松土器齿具有强度高、耐磨性好，塑性和冲击韧性好，能够减少断裂，从而提高使用寿命的优点；

2.本发明的松土器齿通过热处理得到高强韧性的板条状马氏体组织，不仅具有高的塑性和冲击韧性，而且还具有低的疲劳缺口敏感度。特别对于在严寒地带工作的，并且在低温下要求高强度和高韧性的斗齿采用低碳马氏体强化是很合适的。

3.本发明采用的铸造工艺制备材料，相对于锻造工艺成本相对较低，而且化学成分调整很方便，而现有技术的锻造工艺生产同样一个松土器齿需要本发明10倍的成本。

附图说明

图1为三种不同材料制备的松土器齿产品在使用一个小时候后不同的长度侧面视图。

图2为三种不同材料制备的松土器齿产品在在使用一个小时候后不同的长度正面视图。

图中，左侧为市场上的VR-47M-2M-03制备的松土器齿，中间的为市售475T材料制备的松土器齿，最右侧为本发明材料（编号为VR-47M-2M-041）制备的的松土器齿。

具体实施方式

下面通过实施例进一步详细描述本发明，但本发明不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

松土器齿合金材料的组成为：C0.23%，Si1.25%，Mn0.95%，Cr1.60%，Mo0.35%，Ni0.50%，余量为铁。。

（1）按照铸钢正常的熔炼工艺，首先用废钢、硅铁、铬铁、锰铁配料，钢水熔化、炉前调整成分合格后，将温度升至1600~1640℃，并加入铝脱氧捞渣后出炉，钢水浇注温度1520~1560℃，铸件经打磨清理后进行热处理。

（2）铸钢的热处理：

正火：将步骤（1）所得铸件加热至900~1000℃，保温2小时使得铸件热透，然后出炉在空气中冷却至室温；

淬火：铸钢的淬火温度为880~1000℃，保温2小时使铸件热透，然后出炉放置于水中快速冷却至室温；

回火：回火处理的主要目的是消除应力，稳定组织，提高综合力学性能和耐磨性，回火加热温度为220～300℃，保温时间3~5小时，然后空气中冷却至室温。

实施例2

松土器齿合金材料的组成为：C0.21%，Si0.9%，Mn0.85%，Cr1.25%，Mo0.25%，Ni0.25%，余量为铁，制备步骤同实施例1。

实施例3

松土器齿合金材料的组成为：C0.28%，Si1.4%，Mn1.2%，Cr1.8%，Mo0.75%，Ni0.7%，余量为铁，制备步骤同实施例1。

铸钢的组织与性能

本发明实施例经过正火、淬火、低温回火后的松土器齿合金材料样品，其组织为98﹪以上的板条状低碳马氏体，力学性能如下表1所示：

表1本发明实施例经过淬火低温回火后的松土器齿合金材料样品

硬度	抗拉强度	伸长率	冲击AKV
				HB440~500	1450~1550MPa	6~9﹪	20~30J

应用实例

用本发明的上述松土器齿合金新材料(铸造工艺)与美国卡特.皮勒公司（锻造工艺）生产的松土器齿，在浙江省金华市同一较恶劣的工况条件下实地使用进行比较，卡特产的松土器齿可用6天约48小时，失效方式为磨损。本公司产的松土器齿使用4~6天约40~50小时没有断裂。

日本MB公司的松土齿，原来用M-03材料生产，客户反映有时断裂多。采用本发明材料生产的松土齿，使用后非常满意，并专门对M-03、本发明材料用铸造工艺生产的松土齿与其他工厂用锻造工艺生产的松土齿进行实地使用比较试验，结果确认本发明是最好的，见附图1-2。

测试过程：选有现有市场上的VR-47M-2M-03（图1-2中的最左侧产品）和475T（图1-2中的中间位置产品）制备的松土器齿，以及本发明材料制备的松土器齿，本发明材料编号为VR-47M-2M-041（图1-2中最右侧产品）。

A区测试：松土区域的长度大约25米，松土器齿每松一下土大约需要45到55秒。机器操作员根据底层组织的硬度来决定松土齿的速度，三种产品之间在速度上有10秒的差距。在这个区域，机器操作30分钟，这个松土齿松土35次。

B区域测试：松土区域的长度大约35米，松土器每松一下土大约需要55到60秒。在这个区域，机器操作30分钟，这个松土齿松土25次。

在本发明材料VR-47M-2M-041未开发之前，我们一直使用的是VR-47M-2M-03。这个产品有时候会严重的磨损、断裂，并且它的使用寿命没有M-041的长。然而，如图2所示，在磨损后的齿会成为尖形状，这样有利于更好的***地层。

使用475T这个锻造件。它的使用寿命比M-03的还短，使用后会很容易被磨平（磨损快），这种磨平的齿尖的形状，对于***地层效果不是很好。

从上述应用实例和附图1-2显示结果可以得出，在同等使用条件和使用时间下，采用本发明材料制备的松土器齿更加耐磨、不易断裂，使用寿命长。

Claims

1.一种松土器齿合金材料，其特征在于：该材料由以下重量百分比的各组分组成：C0.23%，Si1.25%，Mn0.95%，Cr1.60%，Mo0.35%，Ni0.50%，余量为铁。

2.一种权利要求1所述的松土器齿合金材料的制备方法，其特征在于：制备步骤包括：

（1）按照铸钢正常的熔炼工艺，首先按照配方比例将各组分熔化，然后将温度升至1600～1640℃，并加入铝脱氧捞渣后出炉，钢水浇注温度1520～1560℃，浇注完成后铸件经脱模、打磨清理后进行热处理；

（2）热处理：

正火：将步骤（1）所得铸件加热至900～1000℃，保温1.5～2.5小时使得铸件热透，然后出炉在空气中冷却至室温；

淬火：将正火后的铸件进行淬火，淬火温度为880～1000℃，保温1.5～2.5小时使铸件热透，然后铸件出炉后放置于水中快速冷却至室温；

回火：将淬火后的铸件进行回火，回火加热温度为220～300℃，保温时间3～5小时后冷却至室温。