一種高釩耐磨合金輥齒及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種礦山機械，特別是一種輥式碎石機輥齒及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)的破碎機乳輥的輥齒大部分使用高錳鋼材質(zhì)，這種輥齒基體組織是奧氏體，韌性比較好，所以人們認為在高應(yīng)力的沖擊作用下輥齒表面將產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，使得表面硬度增強。但是在實際的操作應(yīng)用中，輥齒在工作中所受的沖擊應(yīng)力不大時，高錳鋼材質(zhì)加工硬化現(xiàn)象不明顯，表面層不會有硬度較大的硬皮層。輥齒開始工作時被大量物料顯微切削，在不太大的高應(yīng)力沖擊下，又產(chǎn)生沖擊凹坑。兩種磨損共同作用，使得高錳鋼輥齒的早期磨損失效，使用壽命短。
[0003]高釩耐磨合金材料在國內(nèi)已發(fā)展十年有余，其具有優(yōu)良的耐磨性，良好的基體組織，優(yōu)異的機械性能，因此作為新一代耐磨材料，高釩耐磨合金一直以來都備受關(guān)注，在國內(nèi)，高釩耐磨合金材料正處于研制、開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用的起步階段，現(xiàn)已被用于乳輥、錘頭、球磨機襯板和轉(zhuǎn)子體等多種耐磨件中，但應(yīng)用范圍還是較小，為了提高乳輥的耐磨性，乳輥成分逐漸向高碳高釩方向發(fā)展，而現(xiàn)如今，釩鈦合金被譽為第三代釩合金，如何更好地應(yīng)用釩鈦合金也是科研人員一直研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題，提供一種高釩耐磨合金輥齒，在一定的成本控制下，大幅提高輥式碎石機輥齒的耐磨性和強度，增強輥齒的韌性和耐腐蝕性，進一步延長輥齒的使用壽命。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種高釩耐磨合金輥齒，所述高釩耐磨合金輥齒由高釩耐磨合金鋼制成，所述高釩耐磨合金鋼的組分按重量百分比計算(以下％均表示重量百分比)為:碳為1.5-2.0%，鉻為4.0-6.0%，錳為0.12-0.2%，釩為13.0-15.0%，鈦為
0.8-2.2%，鉬為 1.3-2.5%，鎳為 2.3-3.1%，硅為 0.2-0.4%，稀土為 0.56-1.73%，磷和硫的總量不超過0.035%，余量為鐵及其不可避免的雜質(zhì)。
[0006]進一步，基于上述的一種高釩耐磨合金輥齒的制備方法，包括以下步驟:
步驟1、預(yù)熱處理:將機械加工好后的高釩耐磨合金輥齒放入加熱爐中預(yù)熱，加熱溫度到40(TC，并保溫lh，升溫速率不大于20°C /s，然后再加熱到650°C，保溫2h，升溫速率不大于30°C /s，再升溫至900°C，升溫速率控制在70°C /min,保溫40min，然后水冷至650°C，保溫4h，然后再空冷至室溫；
步驟2、淬火:預(yù)熱處理完畢后，將高釩耐磨合金輥齒放入熱處理爐中加熱至1000°C，升溫速率大于100°C /s，保溫2~3min，然后預(yù)冷到850°C，再油冷至200~250°C，保溫30min，最后空冷至室溫；
步驟3、回火:淬火完成后，將高釩耐磨合金輥齒加熱到210~230°C回火，保溫2h，再空冷至室溫。
[0007]進一步，高釩耐磨合金輥齒熱處理完成后還要進行冷卻處理，即將熱處理完后的高釩耐磨合金輥齒放入冷凍箱中深冷至-40~_60°C，冷凍4~5h，冷卻處理完畢后進行噴丸處理。
[0008]進一步，所述噴丸處理所用噴丸粒度為30目，材料為陶瓷丸，噴丸時間為20min，強度為0.6A，所述高釩耐磨合金輥齒表面還涂有一層碳化鎢涂層，即在高釩耐磨合金輥齒噴丸處理完成后，在其表面熱噴涂碳化鎢基涂層，涂層厚度為0.12-0.18mm。
[0009]本發(fā)明還包括一種高釩耐磨合金輥齒的制備方法，包括以下步驟:
步驟1、預(yù)熱處理:將機械加工好后的高釩耐磨合金輥齒放入加熱爐中預(yù)熱，加熱溫度到40(TC，并保溫lh，升溫速率不大于20°C /s，然后再加熱到650°C，保溫2h，升溫速率不大于30°C /s，再升溫至900°C，升溫速率控制在70°C /min,保溫40min，然后水冷至650°C，保溫4h，然后再空冷至室溫；
步驟2、淬火:預(yù)熱處理完畢后，將高釩耐磨合金輥齒放入熱處理爐中加熱至1000°C，升溫速率大于100°C /s，保溫2~3min，然后預(yù)冷到850°C，再油冷至200~250°C，保溫30min，最后空冷至室溫；
步驟3、回火:淬火完成后，將高釩耐磨合金輥齒加熱到210~230°C回火，保溫2h，再空冷至室溫。
[0010]步驟4、冷卻處理和噴丸處理:將熱處理完后的高釩耐磨合金輥齒放入冷凍箱中深冷至-40~-60°C，冷凍4~5h，冷卻處理完畢后進行噴丸處理。
[0011]進一步，基于上述的一種高釩耐磨合金輥齒的制備方法制得的高釩耐磨合金輥齒，其組分按重量百分比計算(以下％均表示重量百分比)為:碳為1.8%，鉻為5.2%，錳為0.16%，硅為0.27%，鎳為2.7%，釩為13.6%，鈦為1.5%，鉬為1.8%，稀土為1.35%，硫和磷的總含量不超過0.035%，余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。
[0012]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:
1、沖擊韌性高，輥齒對沖擊載荷的抵抗能力增強。
[0013]在本發(fā)明的高釩耐磨合金輥齒中，釩的添加量達到13.0-15.0%，釩在鋼中可細化組織晶粒，提高強度和韌性，使合金鋼的強度和韌性比不含釩合金鋼的強度和韌性提高到另一臺階，通過用擺錘式?jīng)_擊試驗機測定，其韌性可達到15.3J/cm2，而用于輥齒的高鉻鑄鐵的沖擊韌性一般為7.8J/cm2，韌性幾乎提高了一倍，因此輥齒對沖擊載荷的抵抗能力大幅增強，輥齒不易折斷。
[0014]2、輥齒硬度提高，耐磨性更優(yōu)異。
[0015]通過用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察本發(fā)明的高釩耐磨合金輥齒的金相組織，其組織構(gòu)成為碳化物(主要為碳化釩)+馬氏體，另外還含有極少量的殘余奧氏體，可忽略不計，球形或近似球形的細小碳化釩彌散分布在基體上，馬氏體則呈片狀分布；碳化釩是高硬度碳化物，能大幅提高高釩合金的硬度，而由于片狀馬氏體的存在，基體裂紋傾向小，有較好的抗劃傷能力，能為碳化物提供有效保護，降低犁削和疲勞剝落磨損率，延長了輥齒的使用壽命；另外，由于采用了冷卻處理，可將基體中的殘余奧氏體盡可能的全部轉(zhuǎn)化為片狀馬氏體，減少了殘余奧氏體對輥齒耐磨性的影響，進一步加強了輥齒的耐磨性，通過用洛式硬度計和動載荷沖擊磨損試驗機測定，本發(fā)明的高釩合金輥齒的硬度可達66.5HRC，高錳鋼硬度可達45HRC (在工況條件適宜的條件下使用后，高錳鋼表面的硬度)，與高錳鋼相比的相對耐磨性為10.113，輥齒的硬度大幅提高，耐磨性也大大增強，輥齒的使用壽命也相應(yīng)得到了延長。
[0016]3、熱處理工藝簡單，得到的輥齒綜合性能更好。
[0017]通過對輥齒進行預(yù)熱處理一淬火一回火一冷卻處理一噴丸處理，輥齒不僅具有上述優(yōu)異的耐磨性、高硬度、高強韌性、高強度，還由于輥齒中存在一定數(shù)量的鎳、鉻元素，使輥齒還具有良好的耐腐蝕性，特別是新增元素鈦的作用，能使輥齒的內(nèi)部組織致密，細化晶粒，降低時效敏感性和冷脆性，改善焊接性能，可避免晶間腐蝕；而添加的稀土元素，可以改變輥齒中夾雜物的組成、形態(tài)、分布和性質(zhì)，從而改善了輥齒的韌性、焊接性，冷加工性能，進一步提高耐磨性；通過對輥齒進行噴丸處理，提高輥齒表面的抗疲勞強度，使之不易被磨損。為了進一步提高輥齒的耐磨性和填補因噴丸處理而在輥齒表面留下的凹坑，在其表面還熱噴涂有碳化鎢基涂層，使輥齒表面光滑，耐磨性更高，進一步延長輥齒的使用壽命，是現(xiàn)有的高錳鋼輥齒的使用壽命的5~7倍。
【具體實施方式】
[0018]下列非限制性實施例用于說明