CN103603408A - 一种带有清洗转轮的耐磨斗齿及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种带有清洗转轮的耐磨斗齿及其制造方法，包括齿尖、基体以及清洗转轮；具体步骤为：合金钢熔炼，钢水初炼钢；炉外精炼，钢包喂丝；齿尖浇铸与热处理；基体冶炼；制作斗齿，进行脱模；退火；安装清洗转轮。本发明具有高耐磨、高硬度、高韧性、长寿命、生产成本低的特点。

Description

一种带有清洗转轮的耐磨斗齿及其制造方法

技术领域

    本发明涉及一种挖掘机的斗齿，具体涉及一种带有清洗转轮的耐磨斗齿及其制造方法。

背景技术

斗齿一般装在挖掘机铲斗的前端，为悬梁臂结构，工作时靠齿尖接触物料并转动把物料装入铲斗。斗齿接触物料时要承受物料的冲击作用，装入物料过程中又要承受一定的弯矩作用，斗齿在与物料的接触以及装载过程中必然要发生磨损。当斗齿接触矿石时，矿石的棱角常常切削斗齿表面，导致表面常出现各种变形，造成表面磨损而脱落。使用过程中频繁更换损坏的斗齿必然降低效率，增加设备和人工成本，造成大量的经济损失。目前使用的耐磨斗齿材料主要为高锰钢和各种低合金钢。高锰钢常温下为奥氏体组织，韧性好且在使用中加工硬化作用强。在强烈冲击载荷及高挤压应力下，工件表面可实现α马氏体相变而得到充分强化。但同时，高锰钢起始硬度低，故耐磨性能较差。低合金钢中合金元素含量低，生产成本相对较低，经过合适的热处理后表现出优良的强度和耐磨性能，克服了高锰钢那样必须预先加工硬化才能获得高硬度的缺点，正逐步成为广泛使用的一种耐磨材料。但由于仍然加入一定量的稀有金属，在大量使用时仍会增加使用成本。也有在斗齿中使用不同材料的技术，但不同材料之间的可靠熔合是一个难点。通常由不同材料熔合形成的斗齿难以应对复杂恶劣的工作条件，在大冲击工况中，斗齿常常由于结合强度不够而损坏。

同时在工作过程中，齿缝中容易积累泥土与碎石块，同样会降低工作效率，并且需要人工定时地清理。因此开发性能高、寿命长、成本低、易于清洗的耐磨斗齿对设备的稳定可靠运行有着重要的意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种带有清洗转轮的耐磨斗齿及其制造方法，具有良好的耐磨性、高寿命、低成本并且易清洗。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带有清洗转轮的耐磨斗齿的制造方法，具体步骤如下：

a、合金钢熔炼，钢水初炼钢

在400Kg中频感应电炉中加入废钢，以尽快形成熔池，将NiFe、MnFe直接加到熔化的钢水中，待钢水熔清后加入FeSi，搅动钢水，待炉前成分调整合格后，温度升至1540-1590℃；加入除Ti和B以外的其它原料，熔炼温度1470-1540℃，将TiFe和BFe分断成小块并加热至400℃，置入钢水进行复合处理；同时使用低碳造渣剂进行造渣，通过炉底的喷嘴将Ar吹入熔池，搅拌钢水进行初炼；

b、炉外精炼，钢包喂丝

将初炼的钢水在真空、含有惰性气体的容器内进行脱气、脱氧，去除钢水内的夹杂物进行成分微调，形成钢包；通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫以及微调成分的粉剂；

c、齿尖浇铸与热处理

钢水出炉温度约为1550-1650℃，钢水镇静约2-3分钟后，将1450-1500℃的合金钢钢水浇注于齿尖模具中，浇注成齿尖；按不高于65℃/h在电炉中升温至820-880℃，保温4h，炉冷至室温；按不高于85℃/h升温至750-820℃，保温3h，齿尖出炉后在55-65℃水中，淬火至210-260℃；在电炉中升温至250-300℃进行低温回火处理，保温4h，出炉空冷；

d、基体冶炼

使用中频炉对用于生产基体部分的材料进行熔炼，使中频炉快速升温，1.5小时内将炉料完全熔化，保温1小时，进行球化处理和孕育处理，形成制作基体的铁液；

e、制作斗齿，进行脱模

将加工好的齿尖进行预热处理，温度450-520℃，固定于聚苯乙烯模具的底部，齿尖之间留有间隔，将铁液浇注入已固定好齿尖的模具中，之后在室温下脱模；

f、退火

将脱模之后的斗齿加热到860-960℃，保温4-5小时，然后以45℃/h的速度冷却到600-700℃，出炉进行空冷；

g、安装清洗转轮

安装清洗滚轮，调整转轮插孔的位置，使之与齿缝相对应。

通过上述生产方法，使斗齿材料与基体部分材料更容易结合，保证了齿尖与基体部分的结合强度；通过特定成分和熔炼过程，进一步提高了预先制作的齿尖与由球墨铁形成的基体部分的结合强度。

所述齿尖的材料为合金钢，各成份质量百分比为：C：0.4-0.6%，Si：2.2-2.5%，Mn：1.3-1.8%，Nb：0.1%，Ti：0.15-0.2%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.12-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.5-2.1%，B：0.003-0.007%，V：0.05-0.1%，Sn：0.025%，S≤0.02%，P≤0.03%，其余为Fe；基体部分的材料为球墨铁，各成份质量百分比为：C：3.55-3.65%，Si：2.1-2.3%，Mn：0.2-0.4%，Cr ：0.35-0.45%，Nb：0.06%，Ni：0.5-0.7%，Mg：0.04-0.05%，Cu：0.7%，Al：0.12-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Pb：0.01%，W：0.25-0.3%，S≤0.01%，P≤0.01%，其余为Fe。

在齿尖的成分设计中，Si在贝氏体转变过程中具有强烈抑制碳化物析出特点，并稳定和细化奥氏体，增加C、Mn的偏聚，除了提高钢的淬透性、耐磨性以及屈服强度外，还能保持很好的冲击韧性和断裂韧性。Mn、Ni和B均为强增加淬透性元素，可充分提高厚件斗齿淬透性及抗冲击韧性。Mn能够提高合金钢中贝/马氏体含量和降低钢的相变点而使组织细化，但当Mn含量过高时，组织中大部分为板条马氏体，从而导致韧性恶化。在本发明中Mn的加入量为 1.3-1.8(wt)％。Ni和C不形成碳化物，能够延缓奥氏体分解转变，对提高淬透性作用很大。另外Ni在提高钢强度同时，还改善其韧性。在本发明中Ni的加入量为0.1-0.25(wt)％。B是表面活性元素，主要存在于奥氏体晶界缺陷处，可细化晶粒结构。微量B可极大提高钢的淬透性，每1份质量的B相当于300份质量的Mo；少量的V可以赋予钢的一些特殊机能，提高抗张强度和屈服点，明显提高钢的高温强度；再加入微量的Sn起到防氧化的作用。 

在基体部分的成份设计中，C是促进石墨化元素，可以增加石墨球数，改善石墨球圆整程度，提高冲击韧性。但含碳量过高也容易造成缺陷，故碳的质量百分比选择在3.55-3.65。Mn可以提高珠光体含量，进而提高抗拉强度，但当含量过高时易产生偏析，显著提高韧脆转变温度，降低球墨铁的塑性及韧性，因此，将Mn的质量百分比控制在0.2-0.4；加入0.01%的Pb可以生成碱式碳酸铅薄膜，防止内部氧化；再加入少量的W，可以提高钢的蠕变强度，并且能够当做钢中碳化物的强促进剂，使其具有回火稳定性和高温强度。

用合金钢制作的齿尖和用球墨铁制作的基体部分均含有Al和Zn，且它们的含量也相同。这两种物质的使用使齿尖和基体部分更加容易熔合，提高了齿尖和基体部分之间的结合力，从而极大延长了斗齿的使用寿命。

所述清洗转轮使用安装架固定在齿尖根部，并且其内部设有电机，表面设有插孔，可根据齿缝内的杂物选择***刀片组或者毛刷组，清洗转轮的安装架上还设有高压水枪。该设置能够根据需要更换清洗工具，并且高压水枪能够冲洗紧贴斗齿表面的泥层，用于去除杂物后的清洗。

本发明提供的有益效果为：（1）齿尖与基体通过特定成分分开制造，保证了斗齿的高耐磨、高硬度、高韧性以及长寿命；（2）通过使用大量的球墨铁而大幅降低了生产成本；（3）易于清洗。

 

附图说明

图1、一种带有清洗转轮的耐磨斗齿的主视图；

附图标记列表：齿尖1、基体2、清洗滚轮3、安装支架4、插孔5、高压水枪6。

 

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种带有清洗转轮的耐磨斗齿的制造方法，具体步骤如下：

a、合金钢熔炼，钢水初炼钢

在400Kg中频感应电炉中加入废钢，以尽快形成熔池，将NiFe、MnFe直接加到熔化的钢水中，待钢水熔清后加入FeSi，搅动钢水，待炉前成分调整合格后，温度升至1540℃；加入除Ti和B以外的其它原料，熔炼温度1470℃，将TiFe和BFe分断成小块并加热至400℃，置入钢水进行复合处理；同时使用低碳造渣剂进行造渣，通过炉底的喷嘴将Ar吹入熔池，搅拌钢水进行初炼；

b、炉外精炼，钢包喂丝

将初炼的钢水在真空、含有惰性气体的容器内进行脱气、脱氧，去除钢水内的夹杂物进行成分微调，形成钢包；通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫以及微调成分的粉剂；

c、齿尖浇铸与热处理

钢水出炉温度约为1550℃，钢水镇静约2分钟后，将1450℃的合金钢钢水浇注于齿尖模具中，浇注成齿尖；按55℃/h在电炉中升温至820℃，保温4h，炉冷至室温；按75℃/h升温至750℃，保温3h，齿尖出炉后在55℃水中，淬火至210℃；在电炉中升温至250℃进行低温回火处理，保温4h，出炉空冷；

d、基体冶炼

使用中频炉对用于生产基体部分的材料进行熔炼，使中频炉快速升温，1.5小时内将炉料完全熔化，保温1小时，进行球化处理和孕育处理，形成制作基体的铁液；

e、制作斗齿，进行脱模

将加工好的齿尖进行预热处理，温度450℃，固定于聚苯乙烯模具的底部，齿尖之间留有间隔，将铁液浇注入已固定好齿尖的模具中，之后在室温下脱模；

f、退火

将脱模之后的斗齿加热到860℃，保温4小时，然后以45℃/h的速度冷却到600℃，出炉进行空冷；

g、安装清洗转轮

安装清洗滚轮，调整转轮插孔的位置，使之与齿缝相对应。

齿尖的材料为合金钢，各成份质量百分比为：C：0.4%，Si：2.2%，Mn：1.3%，Nb：0.1%，Ti：0.15%，Ni：0.1%，Al：0.12%，Zn：0.15%，Cr：1.5%，B：0.003%，V：0.05%，Sn：0.025%，S：0.01%，P：0.02%，其余为Fe；基体部分的材料为球墨铁，各成份质量百分比为：C：3.55%，Si：2.1%，Mn：0.2%，Cr ：0.35%，Nb：0.06%，Ni：0.5%，Mg：0.04%，Cu：0.7%，Al：0.12%，Zn：0.15%，Pb：0.01%，W：0.25%，S：0.005%，P：0.005%，其余为Fe。

如图1为按照上述方法制造的一种带有清洗转轮的耐磨斗齿，包括齿尖1、基体2以及清洗转轮3；清洗转轮3使用安装架4固定在齿尖1根部，并且其内部设有电机，表面设有插孔5，可根据齿缝内的杂物选择***刀片组或者毛刷组；安装架4上还设有高压水枪6。

采用如上方法与合金钢成分制造出来的带有清洗转轮的斗齿与普通斗齿相比，硬度为482HB，抗拉强度为1785Mpa，抗氧化与耐腐蚀性能提升28%，使用寿命为普通斗齿的1.7倍。

实施例2

一种带有清洗转轮的耐磨斗齿的制造方法，具体步骤如下：

a、合金钢熔炼，钢水初炼钢

在400Kg中频感应电炉中加入废钢，以尽快形成熔池，将NiFe、MnFe直接加到熔化的钢水中，待钢水熔清后加入FeSi，搅动钢水，待炉前成分调整合格后，温度升至1565℃；加入除Ti和B以外的其它原料，熔炼温度1505℃，将TiFe和BFe分断成小块并加热至400℃，置入钢水进行复合处理；同时使用低碳造渣剂进行造渣，通过炉底的喷嘴将Ar吹入熔池，搅拌钢水进行初炼；

b、炉外精炼，钢包喂丝

将初炼的钢水在真空、含有惰性气体的容器内进行脱气、脱氧，去除钢水内的夹杂物进行成分微调，形成钢包；通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫以及微调成分的粉剂；

c、齿尖浇铸与热处理

钢水出炉温度约为1600℃，钢水镇静约2分半后，将1478℃的合金钢钢水浇注于齿尖模具中，浇注成齿尖；按60℃/h在电炉中升温至845℃，保温4h，炉冷至室温；按80℃/h升温至785℃，保温3h，齿尖出炉后在60℃水中，淬火至240℃；在电炉中升温至275℃进行低温回火处理，保温4h，出炉空冷；

d、基体冶炼

使用中频炉对用于生产基体部分的材料进行熔炼，使中频炉快速升温，1.5小时内将炉料完全熔化，保温1小时，进行球化处理和孕育处理，形成制作基体的铁液；

e、制作斗齿，进行脱模

将加工好的齿尖进行预热处理，温度480℃，固定于聚苯乙烯模具的底部，齿尖之间留有间隔，将铁液浇注入已固定好齿尖的模具中，之后在室温下脱模；

f、退火

将脱模之后的斗齿加热到910℃，保温4.5小时，然后以45℃/h的速度冷却到650℃，出炉进行空冷；

g、安装清洗转轮

安装清洗滚轮，调整转轮插孔的位置，使之与齿缝相对应。

齿尖的材料为合金钢，各成份质量百分比为：C：0.5%，Si：2.3%，Mn：1.5%，Nb：0.1%，Ti：0.17%，Ni：0.2%，Al：0.14%，Zn：0.17%，Cr：1.8%，B：0.005%，V：0.08%，Sn：0.025%，S：0.015%，P：0.026%，其余为Fe；基体部分的材料为球墨铁，各成份质量百分比为：C：3.6%，Si：2.2%，Mn：0.3%，Cr ：0.4%，Nb：0.06%，Ni：0.6%，Mg：0.045%，Cu：0.7%，Al：0.14%，Zn：0.17%，Pb：0.01%，W：0.28%，S：0.008%，P：0.007%，其余为Fe。

如图1为按照上述方法制造的一种带有清洗转轮的耐磨斗齿，包括齿尖1、基体2以及清洗转轮3；清洗转轮3使用安装架4固定在齿尖1根部，并且其内部设有电机，表面设有插孔5，可根据齿缝内的杂物选择***刀片组或者毛刷组；安装架4上还设有高压水枪6。

采用如上方法与合金钢成分制造出来的带有清洗转轮的斗齿与普通斗齿相比，硬度为498HB，抗拉强度为1803Mpa，抗氧化与耐腐蚀性能提升32%，使用寿命为普通斗齿的2.1倍。

实施例3

一种带有清洗转轮的耐磨斗齿的制造方法，具体步骤如下：

a、合金钢熔炼，钢水初炼钢

在400Kg中频感应电炉中加入废钢，以尽快形成熔池，将NiFe、MnFe直接加到熔化的钢水中，待钢水熔清后加入FeSi，搅动钢水，待炉前成分调整合格后，温度升至1590℃；加入除Ti和B以外的其它原料，熔炼温度1540℃，将TiFe和BFe分断成小块并加热至400℃，置入钢水进行复合处理；同时使用低碳造渣剂进行造渣，通过炉底的喷嘴将Ar吹入熔池，搅拌钢水进行初炼；

b、炉外精炼，钢包喂丝

将初炼的钢水在真空、含有惰性气体的容器内进行脱气、脱氧，去除钢水内的夹杂物进行成分微调，形成钢包；通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫以及微调成分的粉剂；

c、齿尖浇铸与热处理

钢水出炉温度约为1650℃，钢水镇静约3分钟后，将1500℃的合金钢钢水浇注于齿尖模具中，浇注成齿尖；按65℃/h在电炉中升温至880℃，保温4h，炉冷至室温；按85℃/h升温至820℃，保温3h，齿尖出炉后在65℃水中，淬火至260℃；在电炉中升温至300℃进行低温回火处理，保温4h，出炉空冷；

d、基体冶炼

使用中频炉对用于生产基体部分的材料进行熔炼，使中频炉快速升温，1.5小时内将炉料完全熔化，保温1小时，进行球化处理和孕育处理，形成制作基体的铁液；

e、制作斗齿，进行脱模

将加工好的齿尖进行预热处理，温度520℃，固定于聚苯乙烯模具的底部，齿尖之间留有间隔，将铁液浇注入已固定好齿尖的模具中，之后在室温下脱模；

f、退火

将脱模之后的斗齿加热到960℃，保温5小时，然后以45℃/h的速度冷却到700℃，出炉进行空冷；

g、安装清洗转轮

安装清洗滚轮，调整转轮插孔的位置，使之与齿缝相对应。

齿尖的材料为合金钢，各成份质量百分比为：C：0.6%，Si：2.5%，Mn：1.8%，Nb：0.1%，Ti：0.2%，Ni：0.25%，Al：0.15%，Zn：0.2%，Cr：2.1%，B：0.007%，V：0.1%，Sn：0.025%，S：0.02%，P：0.03%，其余为Fe；基体部分的材料为球墨铁，各成份质量百分比为：C：3.65%，Si：2.3%，Mn：0.4%，Cr ：0.45%，Nb：0.06%，Ni：0.7%，Mg：0.05%，Cu：0.7%，Al：0.15%，Zn：0.2%，Pb：0.01%，W：0.3%，S：0.01%，P：0.01%，其余为Fe。

如图1为按照上述方法制造的一种带有清洗转轮的耐磨斗齿，包括齿尖1、基体2以及清洗转轮3；清洗转轮3使用安装架4固定在齿尖1根部，并且其内部设有电机，表面设有插孔5，可根据齿缝内的杂物选择***刀片组或者毛刷组；安装架4上还设有高压水枪6。

采用如上方法与合金钢成分制造出来的带有清洗转轮的斗齿与普通斗齿相比，硬度为512HB，抗拉强度为1860Mpa，抗氧化与耐腐蚀性能提升36%，使用寿命为普通斗齿的2.4倍。

 

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (3)

1.一种带有清洗转轮的耐磨斗齿的制造方法，其特征在于：具体步骤如下：

a、合金钢熔炼，钢水初炼钢

在400Kg中频感应电炉中加入废钢，以尽快形成熔池，将NiFe、MnFe直接加到熔化的钢水中，待钢水熔清后加入FeSi，搅动钢水，待炉前成分调整合格后，温度升至1540-1590℃；加入除Ti和B以外的其它原料，熔炼温度1470-1540℃，将TiFe和BFe分断成小块并加热至400℃，置入钢水进行复合处理；同时使用低碳造渣剂进行造渣，通过炉底的喷嘴将Ar吹入熔池，搅拌钢水进行初炼；

b、炉外精炼，钢包喂丝

将初炼的钢水在真空、含有惰性气体的容器内进行脱气、脱氧，去除钢水内的夹杂物进行成分微调，形成钢包；通过喂丝机向钢包内喂入用铁皮包裹的脱氧、脱硫以及微调成分的粉剂；

c、齿尖浇铸与热处理

钢水出炉温度约为1550-1650℃，钢水镇静约2-3分钟后，将1450-1500℃的合金钢钢水浇注于齿尖模具中，浇注成齿尖；按不高于65℃/h在电炉中升温至820-880℃，保温4h，炉冷至室温；按不高于85℃/h升温至750-820℃，保温3h，齿尖出炉后在55-65℃水中，淬火至210-260℃；在电炉中升温至250-300℃进行低温回火处理，保温4h，出炉空冷；

d、基体冶炼

使用中频炉对用于生产基体部分的材料进行熔炼，使中频炉快速升温，1.5小时内将炉料完全熔化，保温1小时，进行球化处理和孕育处理，形成制作基体的铁液；

e、制作斗齿，进行脱模

将加工好的齿尖进行预热处理，温度450-520℃，固定于聚苯乙烯模具的底部，齿尖之间留有间隔，将铁液浇注入已固定好齿尖的模具中，之后在室温下脱模；

f、退火

将脱模之后的斗齿加热到860-960℃，保温4-5小时，然后以45℃/h的速度冷却到600-700℃，出炉进行空冷；

g、安装清洗转轮

安装清洗滚轮，调整转轮插孔的位置，使之与齿缝相对应。

2.根据权利要求1所述的一种带有清洗转轮的耐磨斗齿的制造方法，其特征在于：所述齿尖的材料为合金钢，各成份质量百分比为：C：0.4-0.6%，Si：2.2-2.5%，Mn：1.3-1.8%，Nb：0.1%，Ti：0.15-0.2%，Ni：0.1-0.25%，Al：0.12-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Cr：1.5-2.1%，B：0.003-0.007%，V：0.05-0.1%，Sn：0.025%，S≤0.02%，P≤0.03%，其余为Fe；基体部分的材料为球墨铁，各成份质量百分比为：C：3.55-3.65%，Si：2.1-2.3%，Mn：0.2-0.4%，Cr ：0.35-0.45%，Nb：0.06%，Ni：0.5-0.7%，Mg：0.04-0.05%，Cu：0.7%，Al：0.12-0.15%，Zn：0.15-0.2%，Pb：0.01%，W：0.25-0.3%，S≤0.01%，P≤0.01%，其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的一种带有清洗转轮的耐磨斗齿的制造方法，其特征在于：所述清洗转轮（3）使用安装架（4）固定在齿尖（1）根部，并且其内部设有电机，表面设有插孔（5），可根据齿缝内的杂物选择***刀片组或者毛刷组，清洗转轮（3）的安装架（4）上还设有高压水枪（6）。

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