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CN109014779A - 一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺 - Google Patents

一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺 Download PDF

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王增胜
张清郁
郭晓君
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Abstract

一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，包括以下步骤，（1）、刀圈毛坯锻造成型；（2）、粗加工形成刀圈粗坯；（3）、真空淬火处理；（4）、氮化处理；（5）、回火处理；（6）、PVD离子镀层；（7）、去应力处理；（8）、精加工，最后制成盘形滚刀刀圈成品，在盘形滚刀刀圈的外圆周面形成一层3‑5mm厚度的等离子氮化及PVD镀层区域。本发明的刀圈材料成份设计提高钢的碳含量来保证刀圈具备高硬度和高耐磨性；提高钼细化晶粒、增加韧性和减少钢的回火脆性；提高Cr含量增加淬透性；增加钒来细化晶粒进一步提高韧性。通过PVD离子镀层技术在滚刀刀圈上的应用，获得表面高硬度的刀圈，特别适应于高磨蚀性硬岩层的掘进。

Description

一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺
技术领域
本发明涉及一种盾构机掘进工程技术领域，具体涉及一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺。
背景技术
在地下工程领域，盾构法施工的应用越来越广泛。盾构用的盘形滚刀的质量直接影响到盾构机的切削效果及掘进速度。盘形滚刀的工作刃为刀圈，在工作中受到的摩擦力、剪切力和冲击力相当大，刀圈的损坏方式主要有过早磨损、崩刃、断裂。特别是针对高磨蚀性硬地层掘进时，盘形滚刀刀圈过早磨损的现象更加突出。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，其可提高刀圈表面的耐磨性的同时不降低刀圈心部的抗冲击性能，适应于高磨蚀性硬岩层中掘进。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，包括以下步骤，
（1）、刀圈毛坯锻造成型；
（2）、粗加工形成刀圈粗坯；
（3）、真空淬火处理；
（4）、氮化处理；
（5）、回火处理；
（6）、PVD离子镀层；
（7）、去应力处理；
（8）、精加工，最后制成盘形滚刀刀圈成品，在盘形滚刀刀圈的外圆周面形成一层3-5mm厚度的等离子氮化及PVD镀层区域。.
步骤（1）中刀圈毛坯的成分与质量百分比为：C为0.70～0.90%，Si为0.60～0.8%，Mn为0.3～0.65%，Cr为3.80～4.50%，Mo为1.8～2.0%，V为0.4～0.6%，Fe 余量；杂质 P ≤0.01%，S ≤ 0.02%。
步骤（3）真空淬火处理的具体过程为，将刀圈粗坯在真空环境中以<120℃/h速度从室温加热至500-600℃，在500-600℃保温1h，再将刀圈粗坯以<100℃/h速度加热至870-900℃，在870-900℃保温1h，接着继续升温至1020±20℃，在1020±20℃保温1h；最后采用高压氮气冷却的方式，进行真空淬火处理。
步骤（4）氮化处理的具体过程为，采用等离子氮化，氮化温度520-550℃，在520-550℃保温4-6h。
步骤（5）回火处理的具体过程为，在540±20℃进行第一次回火，保温3h；再在515±20℃进行第二次回火，保温3h。
步骤（6）PVD离子镀层的具体过程为，PVD工艺温度为500-530℃，在刀圈粗坯上镀层的材料为TiN、CrN、TiCN、AlTiN 中的一种或多种。
步骤（7）去应力处理的具体过程为，在气氛保护炉中去应力处理，温度180±20℃，回火时间0.5～1小时。
采用上述技术方案，本发明具有以下独创性及有益效果：
真空淬火后，刀圈粗坯的硬度可达HRC60-62，采用等离子氮化工艺时，氮化铁不断吸附在刀圈粗坯表面的并向刀圈粗坯内部扩散，提高刀圈粗坯表面的耐磨性和抗疲劳性能。通过等离子氮化工艺可形成含铁或铬、钼、铝及镁等的氮化物化合层及扩散层，其表面硬度可达1000HV。在刀圈粗坯外圆周采用PVD离子镀层，具有高硬度、高耐磨性（低摩擦系数）、很好的耐腐蚀性和化学稳定性等特点，膜层材料TiN、CrN、TiCN、AlTiN的寿命更长。
综上所述，本发明的刀圈材料成份设计相比传统的滚刀刀圈材料，提高钢的碳含量来保证刀圈具备高硬度和高耐磨性；提高钼细化晶粒、增加韧性和减少钢的回火脆性 ；提高Cr含量增加淬透性；增加钒来细化晶粒进一步提高韧性。通过PVD离子镀层技术在滚刀刀圈上的应用，获得表面高硬度的刀圈，特别适应于高磨蚀性硬岩层的掘进。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
附图标记1为盘形滚刀刀圈，2为等离子氮化及PVD镀层区域。
具体实施方式
本发明的一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，包括以下步骤，
（1）、刀圈毛坯锻造成型；
（2）、粗加工形成刀圈粗坯；
（3）、真空淬火处理；
（4）、氮化处理；
（5）、回火处理；
（6）、PVD离子镀层；
（7）、去应力处理；
（8）、精加工，最后制成盘形滚刀刀圈成品，如图1所示，在盘形滚刀刀圈1的外圆周面形成一层3-5mm厚度的等离子氮化及PVD镀层区域2。.
步骤（1）中刀圈毛坯的成分与质量百分比为：C为0.8%，Si为0.7%，Mn为0.5%，Cr为4%，Mo为2.0%，V为0.5%，Fe 余量；杂质 P ≤ 0.01%，S ≤ 0.02%。
步骤（3）真空淬火处理的具体过程为，将刀圈粗坯在真空环境中以110℃/h速度从室温加热至550℃，在550℃保温1h，再将刀圈粗坯以<80℃/h速度加热至880℃，在880℃保温1h，接着继续升温至1020℃，在1020℃保温1h；最后采用高压氮气冷却的方式，进行真空淬火处理。
步骤（4）氮化处理的具体过程为，采用等离子氮化，氮化温度530℃，在530℃保温6h。
步骤（5）回火处理的具体过程为，在540℃进行第一次回火，保温3h；再在540℃进行第二次回火，保温3h。
步骤（6）PVD离子镀层的具体过程为，PVD工艺温度为520℃，在刀圈粗坯上镀层的材料为TiN、CrN、TiCN、AlTiN 中的一种或多种。
步骤（7）去应力处理的具体过程为，在气氛保护炉中去应力处理，温度180℃，回火时间1小时。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：包括以下步骤，
（1）、刀圈毛坯锻造成型；
（2）、粗加工形成刀圈粗坯；
（3）、真空淬火处理；
（4）、氮化处理；
（5）、回火处理；
（6）、PVD离子镀层；
（7）、去应力处理；
（8）、精加工，最后制成盘形滚刀刀圈成品，在盘形滚刀刀圈的外圆周面形成一层3-5mm厚度的等离子氮化及PVD镀层区域。
2.根据权利要求1所述的一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：步骤（1）中刀圈毛坯的成分与质量百分比为：C为0.70～0.90%，Si为0.60～0.8%，Mn为0.3～0.65%，Cr为3.80～4.50%，Mo为1.8～2.0%，V为0.4～0.6%，Fe 余量；杂质 P ≤ 0.01%，S ≤0.02%。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：步骤（3）真空淬火处理的具体过程为，将刀圈粗坯在真空环境中以<120℃/h速度从室温加热至500-600℃，在500-600℃保温1h，再将刀圈粗坯以<100℃/h速度加热至870-900℃，在870-900℃保温1h，接着继续升温至1020±20℃，在1020±20℃保温1h；最后采用高压氮气冷却的方式，进行真空淬火处理。
4.根据权利要求1或2所述的一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：步骤（4）氮化处理的具体过程为，采用等离子氮化，氮化温度520-550℃，在520-550℃保温4-6h。
5.根据权利要求1或2所述的一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：步骤（5）回火处理的具体过程为，在540±20℃进行第一次回火，保温3h；再在515±20℃进行第二次回火，保温3h。
6.根据权利要求1或2所述的一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：步骤（6）PVD离子镀层的具体过程为，PVD工艺温度为500-530℃，在刀圈粗坯上镀层的材料为TiN、CrN、TiCN、AlTiN 中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的一种复合涂层盘形滚刀刀圈制作工艺，其特征在于：步骤（7）去应力处理的具体过程为，在气氛保护炉中去应力处理，温度180±20℃，回火时间0.5～1小时。
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