一種挖掘機齒座及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種挖掘機部件及其制備方法，尤其涉及一種挖掘機齒座及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 挖掘機是用于挖掘高于或低于承機面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土 方機械，廣泛用于采掘、土建、水利及國防工程等項目。從近幾年工程機械的發(fā)展來看，挖掘 機的發(fā)展很快，已經(jīng)成為工程建設(shè)中最主要的工程機械之一。目前，我國約有數(shù)以萬計的不 同型號的挖掘機在不同工況下服役，而挖掘機斗齒是裝在挖掘機鏟斗的前端的重要部件， 也是重要損耗部件，消耗量很大。比如：一個大型水利工程或一個中等規(guī)模礦山，通常有10 臺以上的挖掘機處于使用狀態(tài)，每年消耗的斗齒達(dá)數(shù)百噸，價值在百萬元人民幣以上，成本 浪費較高。
[0003] 經(jīng)過對挖掘機斗齒的損耗分析可知，由于挖掘機斗齒直接與礦石、砂土、巖石等物 料接觸，既承受沖擊作用，又承受彎矩作用。而在工程作業(yè)過程中，斗齒齒尖部分受到較強 烈的沖擊滑動磨料磨損，齒尖表面常出現(xiàn)各式犁溝、變形，造成表面磨損或脫落，成為斗齒 中重要損耗部件。因此，現(xiàn)有技術(shù)中將挖掘機斗齒的整體結(jié)構(gòu)改為齒座與齒尖組成的組合 結(jié)構(gòu)。當(dāng)齒尖在不同的工作條件下服役受到嚴(yán)重磨損和沖擊而失效后，只需要更換齒尖部 分即可，保留原來齒座部分繼續(xù)使用，不僅更換簡單，且降低了齒座更換頻率，節(jié)約了成本。
[0004] 但是，現(xiàn)有技術(shù)中齒座一般采用高錳鋼制備，而高錳鋼在低沖擊負(fù)荷下表面沖擊 硬化效應(yīng)不能充分發(fā)揮，表面達(dá)不到高硬度，齒座和齒尖磨損較快，變形嚴(yán)重，使用壽命短。 因此，現(xiàn)有技術(shù)中逐漸采用低合金耐磨鋼取代高錳鋼用于制備挖掘機齒座等部件。因為低 合金耐磨鋼的力學(xué)性能，特別是硬度可在很大范圍內(nèi)調(diào)整，又具有良好的沖擊韌度和耐磨 性。因此，在中、低應(yīng)力沖擊磨料磨損工況下具有比高錳鋼更高的耐磨性，而生產(chǎn)成本與高 錳鋼差不多。但是，目前國內(nèi)外研制的多種成分配比的低合金耐磨鋼種都是針對具體工況 而研制，且大多是在實驗室條件下得到的，對用于挖掘機齒座耐磨材料的研制和應(yīng)用缺乏 指導(dǎo)性。此外，低合金耐磨鋼受熱處理工藝等諸多因素的限制，加之其碳含量較低，對用于 挖掘機齒座的實際情況下耐磨性仍然不夠理想。因此，需要在現(xiàn)有技術(shù)上結(jié)合挖掘機齒座 的實際情況，對齒座材料進行成分配伍和改性，使其具有足夠的硬度、強度、韌性、耐磨性等 性能。當(dāng)齒尖磨損和沖擊失效后，只需更換齒尖即可，減少齒座的更換頻率，提高齒座的使 用壽命，具有重要的經(jīng)濟意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出了一種硬度、強度、韌性和 耐磨性等性能較好，使用壽命久的挖掘機齒座。
[0006] 本發(fā)明的目的可通過下列技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種挖掘機齒座，包括安裝部、導(dǎo)向 部、插接頭，所述插接頭、導(dǎo)向部和安裝部在挖掘機齒座上由前向后順次設(shè)置，
[0007] 所述安裝部、導(dǎo)向部、插接頭采用耐磨合金鋼材料一體成型制成，所述耐磨合金 鋼由以下成分（以質(zhì)量百分比計）組成：C:0. 25-0. 45%、Si :0? 5-1.3%、Mn : 1.2-1. 8%、 Cu ：1. 5-1. 8 %, Cr ：2. 0-2. 5 %, Mo ：0. 3-0. 6 %, B ：0. 003-0. 005 %, Ti ：0. 05-0. 1 %, Nb ： 0? 03-0. 08%、稀土元素：0? 2-0. 4%、S < 0? 02%、P < 0? 02%、余量為 Fe 以及不可避免的 雜質(zhì)元素。
[0008] 在上述的一種挖掘機齒座中，所述插接頭豎向截面呈四方形，整體上前低后高，呈 前傾斜狀。
[0009] 在上述的一種挖掘機齒座中，所述導(dǎo)向部包括水平部和傾斜部，所述水平部位于 傾斜部下端且與傾斜部的連接處呈弧形過渡連接，所述傾斜部背離水平部的表面上設(shè)置有 凹槽I。
[0010] 在上述的一種挖掘機齒座中，所述安裝部包括平行設(shè)置的上安裝塊和下安裝塊， 所述上安裝塊背離下安裝塊的表面上設(shè)置有凹槽II，所述凹槽II內(nèi)開設(shè)有兩個貫通上安裝 塊的安裝孔，所述兩個安裝孔的中軸與上安裝塊的水平橫向中心線垂直相交，所述凹槽II 在兩個安裝孔中間的表面上還設(shè)置有凹槽III，所述下安裝塊上設(shè)置有與上安裝塊上的兩個 安裝孔相匹配的兩個安裝孔。
[0011] 在上述的一種挖掘機齒座中，所述導(dǎo)向部設(shè)置在安裝部與插接頭之間，導(dǎo)向部的 傾斜部與安裝部的上安裝塊連接，水平部與下安裝塊連接，且水平部的下表面、下安裝塊的 下表面和插接頭的下表面處于同一水平面。
[0012] 本發(fā)明挖掘機齒座結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，包括安裝部、導(dǎo)向部和插接頭。安裝部通過安裝 孔采用緊固件與挖掘機鏟斗匹配連接，插接頭及導(dǎo)向部上的凹槽II用于與齒尖匹配連接。 本發(fā)明挖掘機齒座的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在服役過程中能降低斗齒與物料接觸過程中對齒座的沖擊 力和磨損，降低齒座受沖擊和磨損導(dǎo)致失效報廢的發(fā)生率，提高齒座的使用壽命。
[0013] 本發(fā)明選取耐磨合金鋼用于制備挖掘機齒座，而且，本發(fā)明根據(jù)挖掘機齒座在實 際服役過程中，在中、低應(yīng)力沖擊和磨損導(dǎo)致齒座失效報廢的情況下，對用于制備挖掘機齒 座的耐磨合金鋼的組成成分及其質(zhì)量百分比進行配伍和改性，使其具有足夠的硬度、強度、 韌性、耐磨性等性能，提高挖掘機齒座的使用壽命。
[0014] 其中，碳是影響鋼中各項性能的主導(dǎo)元素，其含量的高低直接影響淬火后的基體 馬氏體的類型，影響鋼的強度、硬度和韌性等性能，從而影響鋼的耐磨性。而碳含量的不 同獲得的硬度和韌性的匹配不同，碳含量較低時韌性好而硬度偏低，耐磨性較差；碳含量 較高時硬度高而韌性不足。所以，碳含量的控制非常關(guān)鍵，本發(fā)明將碳含量控制在上述 0.25-0. 45%范圍內(nèi)時，結(jié)合其它元素的作用與元素間的協(xié)同配伍作用，可以使鋼的硬度和 韌性相對較為匹配。
[0015] 本發(fā)明耐磨合金鋼中主要合金元素為Si、Mn、Cr、Mo、Cu。其中，Si、Mn、Cr都能起 到固溶強化作用。且Si能提高耐磨合金鋼的屈強比和提高回火穩(wěn)定性，使鋼的強度和硬度 上升，但當(dāng)Si含量超過一定值時，鋼的硬度和沖擊韌性反而會下降。而Mn對鋼的硬度和沖 擊韌性影響程度大于Si等其它合金元素，隨著Mn含量的提高，鋼的硬度上升但沖擊韌性也 會降低，而且Mn還會使鋼的過熱敏感性增大，導(dǎo)致晶粒粗大。而Cr提高鋼的強度和硬度的 時候卻不降低硬度，但Cr過量會形成柱狀晶和枝晶偏析，增大白點傾向，使加工性能變差 且使成本增加。因此，需要合理配伍Si、Mn、Cr的質(zhì)量百分比，使鋼的強度、硬度增加的同 時也能提高沖擊韌性。換言之，如果Si、Mn、Cr的質(zhì)量百分比配伍不合理，耐磨合金鋼的強 度、硬度和沖擊韌性得不到匹配，同時，還會使鋼的裂紋及開裂傾向增大，降低了產(chǎn)品的合 格率。因此，Si、Mn、Cr三者的含量必須嚴(yán)重控制在上述范圍內(nèi)，才能使產(chǎn)品的強度、硬度和 沖擊韌性等性能相對較為匹配，合格率相對較高。
[0016] 雖然Mo是合金元素中添加量相對較少的元素，但Mo是中強碳化物形成元素，在鋼 中主要以碳化物形式彌散地分布在基體中，與合金元素Si、Mn、Cr 一樣起到強化基體、提高 硬度的作用。同時，Mo元素增加淬透性，提高鋼的回火穩(wěn)定性，降低回火脆性，減輕甚至抵 消其它元素對鋼脆性的有害作用。但是，Mo含量增加，分布在晶界處的碳化物對基體的割 裂作用加強，導(dǎo)致鋼的韌性下降。且Mo是貴重金屬，含量過高對成本影響較大。因此，結(jié)合 所述分析，Mo元素的含量控制在0. 3-0. 6%，既能對鋼的綜合性能起到積極影響，也不會增 加成本。
[0017] 而合金元素Cu的作用與Ni相似，可以提高鋼的淬透性、韌性、耐腐蝕性等性能，但 Cu的價格明顯低于Ni，因此，本發(fā)明優(yōu)選Cu元素。
[0018] 此外，本發(fā)明還在耐磨合金鋼中添加了微量的B、Ti、Nb、稀土元素。其中，B可以 代替部分Cr、Mo金屬以顯著提高鋼的淬透性，而且添加量極少，只需要添加上述百分含量 的B即可明顯提高淬透性。但是，B含量也不能過量，否則會適得其反，導(dǎo)致鋼的韌性降低。 而Ti元素在鋼中也是強碳化物形成元素，對細(xì)化晶粒效果顯著，可以消除一般熱處理無法 消除的一次結(jié)晶和晶界元素偏析，降低鋼的回火脆性。同時，Ti與B -樣，也可以代替部分 Cr、Mo金屬以提高淬透性。因此，本發(fā)明添加了微量的B和Ti，即可減少Cr、Mo等主要合金 元素的添加量。
[0019] 而在耐磨合金鋼中，加入Nb元素，大部分Nb與Ti、C形成（NbTi)C的碳化物形成 存在，可以細(xì)化晶粒，并提高鋼的淬透性。同時，隨著Nb元素含量的增加，鋼的硬度和沖擊 韌性也會不斷提高，耐磨性也隨之提高。與不含Nb的耐磨合金鋼相比，本發(fā)明添加上述質(zhì) 量百分比的Nb元素后，鋼的耐磨性提高了 30 %以上。
[0020] 稀土元素可以細(xì)化鋼的晶粒，增加鋼的致密度，也可以減少夾雜物的含量、性質(zhì)和 分布，降低有害雜質(zhì)元素在晶界的偏析程度，提高鋼的韌性。另外，稀土元素可以提高耐磨 合金鋼的硬度及耐磨性，通過稀土變質(zhì)處理后，鋼的硬度提高了 10%以上，耐磨性也相應(yīng)提 高了 20%以上。在本發(fā)明中，稀土元素可以進一步優(yōu)選資源較為豐富的La、Ce、Sm中的一 種或多種。
[0021] 綜上所述，本發(fā)明通過控制主導(dǎo)元素C和主要合金元素Si、Mn、Cr、Mo、Cu的質(zhì)量 百分含量，同時，添加微量的B、Ti、Nb和稀土元素，通過各元素的作用和元素之間存在的協(xié) 同作用，共同改善耐磨合金鋼的強度、硬度、韌性和耐磨性等綜合性能，提高鋼的使用壽命。
[0022] 在上述的一種挖掘機齒座中，所述耐磨合金鋼由以下成分（以質(zhì)量百分比計） 組成：C :0? 3-0. 4 %、Si :0? 8-1. 0 %、Mn :1. 4-1. 6 %、Cu :1. 6-1. 8 %、Cr :2. 2-2. 4%、Mo : 0? 4-0. 5%、B :0? 004-0. 005%、Ti :0? 06-0. 08%、Nb :0? 05-0. 06%、稀土元素：0? 3-0. 4%、S < 0. 02%、P < 0. 02%、余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)元素。上述配伍是對本發(fā)明用以制 備挖掘機齒座的耐磨合金鋼的進一步優(yōu)化，通過上述優(yōu)化配伍，使制得的挖掘機齒座的強 度、硬度、韌性和耐磨性等綜合性能更好，使用壽命更久，具有更好的經(jīng)濟效益。