CN103484772B

CN103484772B - 一种挖掘机齿座及其制备方法

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Publication number: CN103484772B
Application number: CN201310406743.4A
Authority: CN
Inventors: 钱嘉镕新
Original assignee: NINGBO JIADA PRECISION CASTING CO Ltd
Current assignee: NINGBO JIADA PRECISION CASTING CO Ltd
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: CN103484772A

Abstract

本发明涉及一种挖掘机齿座及其制备方法，该挖掘机齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.17％～0.21％，Mn：1.00％～1.40％，Si：1.10％～1.40％，Cr：1.20％～1.50％，Al：0.02％～0.05％，余量为Fe以及不可避免的杂质。杂质中，S元素的质量百分比小于0.03％，P元素的质量百分比小于0.03％。其制备方法包括铸造工艺和热处理工艺，热处理工艺中的淬火温度为910-930℃，淬火后保温时间为2-4小时，回火温度为230-250℃，回火后保温时间为2-4小时。本发明制备的挖掘机齿座焊接性能、常温冲击韧性较好，硬度较高，耐磨性好，使用寿命长。

Description

一种挖掘机齿座及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种齿座及其制备方法，尤其涉及一种挖掘机齿座及其制备方法，属于金属材料领域。

背景技术

斗齿、齿座是装载机、挖掘机主要的磨耗件之一。目前在我国大规模的基本建设中，挖掘机、装载机的使用量不断增加，斗齿、齿座在作业过程中直接与砂、土、岩石、矿物等接触，受到严重的磨料磨损，消耗量很大。为延长挖掘机齿座和齿尖寿命，减小成本，根据齿座和齿尖不同的功能，开发齿座和齿尖的新材料，具有重要的经济意义。其中，齿尖由于直接与矿石接触，其需要高硬度、高耐磨性以及高强度和高韧性。而齿座则要求良好的焊接性，以保证焊口强度和焊接的可靠性，同时保证较高的韧性和硬度。

关于挖掘机齿座及其制备方法，现有技术中已有报道，如中国发明专利(公开号：CN102418040A)涉及一种齿座及其制备方法，该齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.19％-0.22％，Mn：0.80％-1.10％，Si：0.30％-0.60％，Cr：0.30％-0.60％，Al：0.02％-0.06％，余量为Fe以及不可避免的杂质。该齿座的硬度(HB)只有250-350，常温冲击韧性只有12-20J/cm²，都相对较低，因此该齿座磨损较快、使用寿命短。

发明内容

本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种焊接性能、常温冲击韧性较好，硬度较高的挖掘机齿座。

本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种挖掘机齿座，齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.17％～0.21％，Mn：1.00％～1.40％，Si：1.10％～1.40％，Cr：1.20％～1.50％，Al：0.02％～0.05％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

本发明挖掘机齿座由C、Mn、Si、Cr、Al、余量为Fe以及不可避免的的杂质通过合理配伍制得。本发明在不影响钢的焊接性能的前提下，提高了Si的含量，显著提高挖掘机齿座的强度和回火抗力。此外，本发明还提高了Cr在挖掘机齿座中的质量百分比，进一步减少S、P的质量百分比。使本发明制备得到的挖掘机齿座具有良好的焊接性能，同时硬度、强度、常温冲击韧性得到显著提高，齿座耐磨性加强，使用寿命延长。

C元素作为合金钢的基本元素，随着含C量增加，合金钢的屈服点和抗拉强度升高，C元素与Fe、Mn形成碳化物，提高了合金钢的硬度。但C含量过高，合金钢的塑性和冲击韧性反而降低，而且还会降低合金钢的耐大气腐蚀能力，在露天场所就易锈蚀。此外，C元素是影响合金钢焊接性能的最大的元素，当含C量超过0.23％时，合金钢的焊接性能变差。本发明的C含量在0.17％～0.21％范围内，属于低碳钢范围，因此本发明既能保证挖掘机齿座的焊接性能，又能保证挖掘机齿座的硬度、塑性、冲击韧性和耐腐蚀能力等。

Mn在炼钢过程中，是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中猛含量只有0.30％-0.50％。在碳素钢中加入0.70％以上时就算“锰钢”，锰钢较一般的钢不但有足够的韧性，较高的强度和硬度，还可提高钢的淬性，改善钢的热加工性能。Mn还是扩大奥氏体区的元素，有利于获得残余奥氏体。但是，猛含量过高，同样会减弱挖掘机齿座的抗腐蚀能力，降低其焊接性能。本发明的Mn含量在1.00％～1.40％范围内，既可以使挖掘机齿座具有足够的韧性、强度和硬度，也能保证挖掘机齿座的焊接性能、抗腐蚀性能和加工性能。

Si在炼钢过程中，是良好的还原剂和脱氧剂。Si能显著提高钢的弹性极限、韧性、强度、屈服点和抗拉强度。在钢中加入1.0％-1.2％的Si，强度可提高15％-20％。合金化时加入较高含量的Si在连续冷却过程中能增加过冷奥氏体的稳定性及钢中残余奥氏体含量，强烈阻碍碳化物的析出，提高钢的回火抗力。同样，Si含量过高会降低钢的焊接性能。因此，本发明将挖掘机齿座中的Si含量控制在1.10％～1.40％，使挖掘机齿座的焊接性能和机械性能都得到了保证。

Cr作为重要的合金元素，能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，还能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，但同时会降低钢的塑性和韧性。在合金钢中加入Cr元素能改变钢中碳化物弥散分布形态，获得以Cr₂₃C₆为主的粒状碳化物，使其弥散分布于奥氏基体上。本发明挖掘机齿座的Cr含量为1.20％～1.50％，能使挖掘机齿座的强度、硬度、耐磨性、塑性和韧性相对达到最优。

Al是钢中常用的脱氧剂，钢中加入少量的Al，可细化晶粒，提高冲击韧性。Al还具有抗氧化剂和抗腐蚀性能，A1与Si合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀性能。但是，Al会影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。因此，本发明挖掘机齿座的A1含量控制在0.02％～0.05％，在提高挖掘机齿座的综合性能的同时又不会对焊接性能、加工性能造成太大影响。

作为优选，所述杂质中，S元素的质量百分比小于0.03％，P元素的质量百分比小于0.03％。

S在一般情况下是钢中有害元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。S对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性，优质钢中S含量小于0.04％。而在钢中加入少量的S，可以改善钢的加工性能。所以，本发明S元素的质量百分比控制在0.03％以下，不但挖掘机齿座的综合性能得到了保证，而且加工性也有一定的改善。

P在一般情况下在钢中也是有害元素，会增加钢的冷脆性，使钢的焊接性能变差，降低塑性，冷弯性能变坏，因此一般情况下钢中含P量控制在0.045％以下。本发明挖掘机齿座中将P元素的质量百分比控制在0.03％以下，使P元素对挖掘机齿座几乎没有有害作用，从而使制得的挖掘机齿座综合性能更佳。

作为优选，所述挖掘机齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.19％，Mn：1.20％，Si：1.20％，Cr：1.40％，Al：0.04％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

作为优选，所述挖掘机齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.18％，Mn：1.30％，Si：1.30％，Cr：1.30％，Al：0.05％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

作为优选，所述挖掘机齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.17％，Mn：1.10％，Si：1.10％，Cr：1.20％，Al：0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

本发明的另一个目的在于提供挖掘机齿座的制备方法，该制备方法包括铸造工艺和热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺中，淬火温度为910-930℃，淬火后保温时间为2-4小时，回火温度为230-250℃，回火后保温时间为2-4小时。

淬火温度为910℃-930℃之间、回火温度为230℃-250℃之间，挖掘机齿座的抗拉强度和硬度随回火温度的升高而降低，常温冲击韧性则升高。低碳合金钢进行奥氏体化高温加热急冷淬火可获得硬度适中，钢性好，强韧性的低碳板条马氏体组织。因钢中“C”元素淬火时偏聚到位错和板条边界上，导致亚结构细化和高密度位错产生固溶强化。低碳板条马氏体在电子显微镜下呈板条状互相平行分布，它的主体由许多细而薄长的晶体组成，板条内无孪晶。而当回火温度大于250℃时，位错发生滑移和攀移，造成位错密度降低，同时晶界发生移动，亚晶粒合并造成齿座各项机械性能下降。

作为优选，所述热处理工艺中，淬火温度为920℃，回火温度为240℃。

本发明具有以下优点：

1.本发明得到的挖掘机齿座焊接性能、常温冲击韧性较好，硬度较高。

2.本发明得到的挖掘机齿座耐磨性好、使用寿命长。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

表1实施例1-3挖掘机齿座的组成元素及其质量百分比

实施例1：

根据表1中实施例1各组成元素及其质量百分比制备挖掘机齿座，挖掘机齿座的组成元素及其质量百分比对齿座的机械性能有一定的影响，其制备工艺对最终形成的挖掘机齿座的机械性能也有较大的影响。挖掘机齿座的制备工艺包括铸造工艺和热处理工艺，其中铸造工艺采用常规铸造工艺即可，对挖掘机齿座最终机械性能影响最大的为热处理工艺。热处理工艺包括淬火升温、保温后回火、回火后空冷的步骤。分别设置淬火温度为910℃、920℃、930℃，保温后回火，回火温度分别设置为230℃、240℃和250℃，制备得到挖掘机齿座，并对其机械性能进行测试，测试结果如下表2所示。

表2实施例1不同条件下热处理后的挖掘机齿座的机械性能

实施例2：

根据表1中实施例2各组成元素及其质量百分比制备挖掘机齿座，挖掘机齿座的组成元素及其质量百分比对齿座的机械性能有一定的影响，其制备工艺对最终形成的挖掘机齿座的机械性能也有较大的影响。挖掘机齿座的制备工艺包括铸造工艺序和热处理工艺，其中铸造工艺采用常规铸造工艺即可，对挖掘机齿座最终机械性能影响最大的为热处理工艺。热处理工艺包括淬火升温、保温后回火、回火后空冷的步骤。分别设置淬火温度为910℃、920℃、930℃，保温后回火，回火温度分别设置为230℃、240℃和250℃，制备得到挖掘机齿座，并对其机械性能进行测试，测试结果如下表3所示。

表3实施例2不同条件下热处理后的挖掘机齿座的机械性能

实施例3：

根据表1中实施例3各组成元素及其质量百分比制备挖掘机齿座，挖掘机齿座的组成元素及其质量百分比对挖掘机齿座的机械性能有一定的影响，其制备工艺对最终形成的齿座的机械性能也有较大的影响。挖掘机齿座的制备工艺包括铸造工艺和热处理工艺，其中铸造工艺采用常规铸造工艺即可，对挖掘机齿座最终机械性能影响最大的为热处理工艺。热处理工艺包括淬火升温、保温后回火、回火后空冷的步骤。分别设置淬火温度为910℃、920℃、930℃，保温后回火，回火温度分别设置为230℃、240℃和250℃，制备得到挖掘机齿座，并对其机械性能进行测试，测试结果如下表4所示。

表4实施例3不同条件下热处理后的挖掘机齿座的机械性能

对比例：

选取中国发明专利(公开号：CN102418040A)中挖掘机齿座的组成成分和质量百分比为：C：0.20％，Mn：1.0％，Si：0.4％，Cr：0.4％，Al：0.03％，余量为Fe。同时，S元素的质量百分比小于等于0.035％，P元素的质量百分比小于等于0.035％为对比实施例。挖掘机齿座经过铸造工艺和热处理工艺，其中热处理工艺采用该发明实施例中较为理想的工艺，升温至900℃后淬火并保温2-4小时后在220℃至250℃的回火温度下回火，回火后再次保温2-4小时，制备得到挖掘机齿座，并对其机械性能进行测试，并与本发明实施例1-3较为理想的热处理工艺：升温至920℃后淬火并保温2-4小时，在230℃至250℃的回火温度下回火制得的挖掘机齿座机械性能测试结果进行对比，结果如表5所示。

表5实施例1-3与对比例挖掘机齿座机械性能测试结果对比

从表5可知，本发明制备得到的挖掘机齿座硬度(HRC)达到了38-42，高于对比例硬度；抗拉强度和常温冲击韧性远高于对比例。本发明制备得到的挖掘机齿座综合性能更优越，更适合挖掘机使用。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims

1.一种挖掘机齿座，其特征在于，所述的挖掘机齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.17％～0.21％，Mn：1.00％～1.40％，Si：1.10％～1.40％，Cr：1.20％～1.50％，Al：0.02％～0.05％，余量为Fe以及不可避免的杂质，所述杂质中，S元素的质量百分比小于0.03％，P元素的质量百分比小于0.03％；

所述挖掘机齿座的制备方法包括铸造工艺和热处理工艺，所述热处理工艺中，淬火温度为920℃，淬火保温时间为2-4小时，回火温度为240℃，回火保温时间为2-4小时。

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机齿座，其特征在于，所述挖掘机齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.19％，Mn：1.20％，Si：1.20％，Cr：1.40％，Al：0.04％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种挖掘机齿座，其特征在于，所述挖掘机齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.18％，Mn：1.30％，Si：1.30％，Cr：1.30％，Al：0.05％，余量为Fe以及不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的一种挖掘机齿座，其特征在于，所述挖掘机齿座的组成成分及质量百分比为：C：0.17％，Mn：1.10％，Si：1.10％，Cr：1.20％，Al：0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质。