一種盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的熱處理工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的熱處理工藝。對(duì)普通中碳合金鋼42CrMo進(jìn)行合金化設(shè)計(jì)，得到滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的用鋼；用該鋼生產(chǎn)的軸承套圈毛坯，加熱到一定溫度保溫一定時(shí)間，然后油冷到室溫，再在一定溫度下進(jìn)行高溫回火，保溫一定時(shí)間，取出空冷至室溫；將經(jīng)機(jī)加工后的套圈表面以一定加熱速度進(jìn)行感應(yīng)加熱到一定溫度淬火。該實(shí)驗(yàn)鋼采用該工藝處理后，盾構(gòu)機(jī)軸承套圈表面淬硬層組織為隱晶馬氏體，基體組織為回火索氏體；表面具有較高的硬度，均值為57.9HRC；心部具有良好的韌性，-20℃沖擊韌性AKv均值為115J，以及適宜的硬度，均值為293HB。從而能夠滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈用鋼綜合力學(xué)性能的要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的熱處理工藝
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，是一種盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的熱處理工藝，具體涉及一種盾 構(gòu)機(jī)3m軸承套圈用鋼綜合力學(xué)性能的成分設(shè)計(jì)以及熱處理工藝。
[0002]

【背景技術(shù)】 目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)處于持續(xù)高速發(fā)展時(shí)期，由于工業(yè)化進(jìn)程及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，大量 的交通隧洞、城市地下鐵道、供排水隧道和電纜隧道等工程已建、在修或正在規(guī)劃之中。盾 構(gòu)機(jī)是盾構(gòu)施工中的主要施工機(jī)械，盾構(gòu)機(jī)軸承套圈作為盾構(gòu)機(jī)軸承的主要部件，服役方 式為低速重載，轉(zhuǎn)速不高的情況下，承受較大的軸向、徑向負(fù)荷以及傾覆力矩。因此，在具備 高的疲勞強(qiáng)度、硬度、抗壓強(qiáng)度、彈性極限、耐磨性以及耐腐蝕性能等性能基礎(chǔ)上，還需要具 備高的淬透性、淬硬性以及一定的沖擊靭性。根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)于大型低速重載軸承套圈用鋼 的使用情況，一般選用中碳合金軸承鋼。中碳合金鋼一般采用42CrMo,可以滿(mǎn)足小尺寸盾構(gòu) 機(jī)軸承套圈用鋼的使用，而對(duì)于大尺寸盾構(gòu)機(jī)軸承套圈用鋼則需要進(jìn)行合金化設(shè)計(jì)。
[0003] 由于盾構(gòu)機(jī)特殊的工作環(huán)境，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)軸承套圈有著較高的要求。對(duì)于3m 軸承套圈，其基體整體調(diào)質(zhì)硬度需要在260HB?310ΗΒ，調(diào)質(zhì)后的-20°C低溫靭性平均值 Akv彡42J，接觸滾道表面淬火硬度為57HR(T62HRC，同時(shí)具有一定的淬硬層。合理的熱處理 工藝是保證盾構(gòu)機(jī)軸承套圈用鋼綜合性能的重要手段。目前對(duì)于滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈 性能的用鋼以及熱處理工藝研究未見(jiàn)報(bào)道。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠讓軸承套圈表面具有較高的硬度， 心部具有良好的韌性和適宜的硬度的盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的熱處理工藝。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的熱處理工藝，其主要工藝流程 為：鋼的成分設(shè)計(jì)一軸承套圈毛坯準(zhǔn)備一淬火一回火一表面感應(yīng)淬火，其中： (1)成分設(shè)計(jì)：依據(jù)GB/T 3077-1999,將中碳合金鋼42CrMo的化學(xué)成分質(zhì)量百分 比為：〇· 38%?0· 45%C、0. 17%?0· 37%Si、0_ 50%?0· 80%Μη、0· 90%?1· 20%Cr、0_ 15%?0· 25%Mo、 Ni彡0· 030%、P彡〇· 〇35%、S < 0· 〇35%、Cu彡0· 〇3〇%，余量為Fe及不可避免雜質(zhì)，將其中 的Ni含量增加到1. 49%，Cr含量降低至0. 76%，原始坯料經(jīng)過(guò)變形后得到軸承套圈毛坯，備 用； 上述技術(shù)方案中，所述的鋼中Ni含量增加至1. 149, Cr含量降低至0· 76%?？梢蕴岣?鋼的淬透性，提高淬硬層深度，同時(shí)還可以提高鋼的沖擊初性，并起到一定程度的細(xì)化晶粒 作用，提高鋼的淬火硬度。
[0006] (2)淬火工藝：奧氏體化加熱溫度8〇〇°C?85〇°C，保溫時(shí)間1. 5min/mnT3· Omin/mm ; 油淬到室溫，如圖1所示。
[0007] 上述技術(shù)方案中，所述的加熱溫度為8〇〇°C?850°C。奧氏體化加熱溫度主要根據(jù) 鋼的相變臨界點(diǎn)確定，亞共析鋼通常加熱到Ac 3以上30°C?50°C。加熱溫度過(guò)低，奧氏體化 不充分，而過(guò)高導(dǎo)致奧氏體晶粒粗化，均不利于獲得目標(biāo)組織和性能。
[0008] 上述技術(shù)方案中，所述的保溫時(shí)間為1. 5min/mnT3. Omin/mm。保溫時(shí)間過(guò)短，奧氏 體化不充分，過(guò)長(zhǎng)則導(dǎo)致奧氏體晶粒粗化，同樣均不利于獲得目標(biāo)組織和性能。
[0009] (3)回火工藝：回火加熱溫度58〇°C飛5〇°C，保溫時(shí)間汕，回火后空冷至室溫，如圖 1所示。
[0010] 上述技術(shù)方案中，所述的加熱溫度為580°C飛50°C。盾構(gòu)機(jī)軸承套圈基體主要為 調(diào)質(zhì)態(tài)，從而保證高的沖擊韌性，因此采用高溫回火?；鼗饻囟冗^(guò)低，鋼的韌性不夠，而過(guò)高 導(dǎo)致調(diào)質(zhì)后的硬度下降，均不能滿(mǎn)足目標(biāo)性能。
[0011] 上述技術(shù)方案中，所述的保溫時(shí)間為3h。
[0012] (4)表面感應(yīng)淬火工藝：將機(jī)加工后的套圈進(jìn)行表面感應(yīng)加熱淬火，加熱速度為 100°C /s?300°C /s,加熱溫度到900°C?950°C保溫3s，以80°C /s?100°C /s的冷卻速度淬火 至室溫，如圖2所示。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述的加熱速度為l〇〇°C /s?300°C /s。加熱速度過(guò)慢，導(dǎo)致奧氏 體晶粒粗化，硬度不足，而過(guò)快導(dǎo)致表面的淬硬層太淺，均不能滿(mǎn)足目標(biāo)性能。
[0014] 上述技術(shù)方案中，所述的加熱溫度為900°C?95〇°C,保溫3s。加熱溫度過(guò)低，奧氏 體化不充分，而過(guò)高導(dǎo)致奧氏體晶粒粗化，均不利于獲得目標(biāo)性能。
[0015] 上述技術(shù)方案中，所述的冷卻速度為8〇°C/s~100°C/s。冷卻速度過(guò)慢，淬火后硬 度不足，而過(guò)快導(dǎo)致淬火開(kāi)裂，均不能滿(mǎn)足目標(biāo)性能。
[0016] 本發(fā)明有益效果是：由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過(guò)進(jìn)行合金化設(shè)計(jì)，可以滿(mǎn) 足淬透性的同時(shí)，還可以保證鋼的沖擊韌性；基體的淬火和回火工藝，保證基體具有較高的 沖擊韌性，同時(shí)具有合適的硬度；表面感應(yīng)淬火工藝，合理的工藝保證軸承套圈表面有較高 的硬度，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致淬火開(kāi)裂現(xiàn)象。盾構(gòu)機(jī)軸承套圈表面淬硬層組織為隱晶馬氏體，基體 組織為回火索氏體；表面具有較高的硬度，均值為57. 9HRC ;心部具有良好的韌性，-20°C沖 擊靭性AKV均值為115J ;以及適宜的硬度，均值為293HB。從而能夠滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)3m軸承套 圈用鋼綜合力學(xué)性能的要求。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明調(diào)質(zhì)熱處理工藝示意圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明表面淬火熱處理工藝示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 實(shí)施例： 一種進(jìn)行合金化設(shè)計(jì)后的軸承套圈用鋼，具有如下的質(zhì)量百分比化學(xué)成分：0· 39%C、 0· 26%Si、0_ 64%Μη、0· 76%Cr、l_ 49%Ni、0. 〇6%Cu、0. 19%Μ〇、0· 014%P、0. 002%S,余量為 Fe。
[0021] 實(shí)施例采用的熱處理工藝參數(shù)如表1所示。熱處理調(diào)質(zhì)態(tài)的沖擊軔性和硬度以及 表面感應(yīng)淬火后硬度如表2所示?？梢钥闯觯w-20°c沖擊韌性AK V均值為115J、基體硬 度均值為293ΗΒ、表面淬火硬度均值為57. 9HRC?？梢?jiàn)，通過(guò)該成分設(shè)計(jì)以及熱處理工藝后， 其基體韌性、硬度以及表面感應(yīng)淬火硬度均能滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈用鋼的性能要求。
[0022] 表1實(shí)施例采用的熱處理工藝參數(shù)

【權(quán)利要求】
1. 一種盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的熱處理工藝，其特征在于，該工藝對(duì)普通中碳合金鋼 42CrMo進(jìn)行合金化設(shè)計(jì)，得到滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的用鋼；用該鋼生產(chǎn)的軸承套圈毛 坯，加熱到一定溫度保溫一定時(shí)間，然后油冷到室溫，再在一定溫度下進(jìn)行高溫回火，保溫 一定時(shí)間，取出空冷至室溫；將經(jīng)機(jī)加工后的套圈表面以一定加熱速度進(jìn)行感應(yīng)加熱到一 定溫度淬火。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈用鋼的熱處理工藝，其特征在于，該方法 包括以下步驟： (1) 依據(jù)GB/T 3077-1999,將中碳合金鋼42CrM〇的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為： 0· 389Γ0. 45%C、0. 179ΓΟ. 37%Si、0. 509Γ0. 80%Μη、0· 909Γ1. 20%Cr、0. 159ΓΟ. 25%Mo、 Ni < 0. 030%、P < 0. 035%、S < 0. 035%、Cu < 0. 030%，余量為 Fe 及不可避免雜質(zhì)，將其中 的Ni含量增加到1. 49%，Cr含量降低至0. 76%，原始坯料經(jīng)過(guò)變形后得到軸承套圈毛坯，備 用； (2) 將步驟1得到的軸承套圈毛坯加熱直至充分奧氏體化，奧氏體化加熱溫度為 800°C ?850°C,保溫時(shí)間為 1. 5min/mm?3. Omin/mm ； (3) 淬火工藝：將經(jīng)過(guò)步驟2充分奧氏體化后的套圈毛坯先進(jìn)行油淬，油淬到室溫； (4) 回火工藝：步驟（3)處理后的套圈毛坯再進(jìn)行高溫回火處理，加熱溫度為 580°C?650°C，保溫時(shí)間為3h ; (5) 表面淬火工藝：將經(jīng)過(guò)步驟4處理后套圈毛坯機(jī)加工后得到套圈進(jìn)行表面感應(yīng)加 熱淬火，加熱速度為l〇〇°C /s?300°C /s，加熱溫度到900°C?950°C，保溫3s，再以80°C / S~100°C /s的冷卻速度淬火至室溫，即得到滿(mǎn)足性能要求的盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈的熱處理工藝，其特征在于：得到的盾構(gòu) 機(jī)3m軸承套圈的表面具有較高的硬度，均值為57. 9HRC ;心部具有良好的韌性，-20°C沖擊 韌性AKV均值為115J，以及適宜的硬度，均值為293HB，從而能夠滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)3m軸承套圈用 鋼綜合力學(xué)性能的要求。
【文檔編號(hào)】C21D9/40GK104232875SQ201410342269
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月17日
【發(fā)明者】劉雅政, 蔣波, 周樂(lè)育, 張朝磊, 文新理, 董正強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)