一种高钒耐磨合金辊齿及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种矿山机械，特别是一种辊式碎石机辊齿及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前国内的破碎机乳辊的辊齿大部分使用高锰钢材质，这种辊齿基体组织是奥氏体，韧性比较好，所以人们认为在高应力的冲击作用下辊齿表面将产生加工硬化现象，使得表面硬度增强。但是在实际的操作应用中，辊齿在工作中所受的冲击应力不大时，高锰钢材质加工硬化现象不明显，表面层不会有硬度较大的硬皮层。辊齿开始工作时被大量物料显微切削，在不太大的高应力冲击下，又产生冲击凹坑。两种磨损共同作用，使得高锰钢辊齿的早期磨损失效，使用寿命短。
[0003]高钒耐磨合金材料在国内已发展十年有余，其具有优良的耐磨性，良好的基体组织，优异的机械性能，因此作为新一代耐磨材料，高钒耐磨合金一直以来都备受关注，在国内，高钒耐磨合金材料正处于研制、开发和生产应用的起步阶段，现已被用于乳辊、锤头、球磨机衬板和转子体等多种耐磨件中，但应用范围还是较小，为了提高乳辊的耐磨性，乳辊成分逐渐向高碳高钒方向发展，而现如今，钒钛合金被誉为第三代钒合金，如何更好地应用钒钛合金也是科研人员一直研究的方向。
【发明内容】
[0004]本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种高钒耐磨合金辊齿，在一定的成本控制下，大幅提高辊式碎石机辊齿的耐磨性和强度，增强辊齿的韧性和耐腐蚀性，进一步延长辊齿的使用寿命。
[0005]本发明采用的技术方案如下:一种高钒耐磨合金辊齿，所述高钒耐磨合金辊齿由高钒耐磨合金钢制成，所述高钒耐磨合金钢的组分按重量百分比计算(以下％均表示重量百分比)为:碳为1.5-2.0%，铬为4.0-6.0%，锰为0.12-0.2%，钒为13.0-15.0%，钛为
0.8-2.2%，钼为 1.3-2.5%，镍为 2.3-3.1%，硅为 0.2-0.4%，稀土为 0.56-1.73%，磷和硫的总量不超过0.035%，余量为铁及其不可避免的杂质。
[0006]进一步，基于上述的一种高钒耐磨合金辊齿的制备方法，包括以下步骤:
步骤1、预热处理:将机械加工好后的高钒耐磨合金辊齿放入加热炉中预热，加热温度到40(TC，并保温lh，升温速率不大于20°C /s，然后再加热到650°C，保温2h，升温速率不大于30°C /s，再升温至900°C，升温速率控制在70°C /min,保温40min，然后水冷至650°C，保温4h，然后再空冷至室温；
步骤2、淬火:预热处理完毕后，将高钒耐磨合金辊齿放入热处理炉中加热至1000°C，升温速率大于100°C /s，保温2~3min，然后预冷到850°C，再油冷至200~250°C，保温30min，最后空冷至室温；
步骤3、回火:淬火完成后，将高钒耐磨合金辊齿加热到210~230°C回火，保温2h，再空冷至室温。
[0007]进一步，高钒耐磨合金辊齿热处理完成后还要进行冷却处理，即将热处理完后的高钒耐磨合金辊齿放入冷冻箱中深冷至-40~_60°C，冷冻4~5h，冷却处理完毕后进行喷丸处理。
[0008]进一步，所述喷丸处理所用喷丸粒度为30目，材料为陶瓷丸，喷丸时间为20min，强度为0.6A，所述高钒耐磨合金辊齿表面还涂有一层碳化钨涂层，即在高钒耐磨合金辊齿喷丸处理完成后，在其表面热喷涂碳化钨基涂层，涂层厚度为0.12-0.18mm。
[0009]本发明还包括一种高钒耐磨合金辊齿的制备方法，包括以下步骤:
步骤1、预热处理:将机械加工好后的高钒耐磨合金辊齿放入加热炉中预热，加热温度到40(TC，并保温lh，升温速率不大于20°C /s，然后再加热到650°C，保温2h，升温速率不大于30°C /s，再升温至900°C，升温速率控制在70°C /min,保温40min，然后水冷至650°C，保温4h，然后再空冷至室温；
步骤2、淬火:预热处理完毕后，将高钒耐磨合金辊齿放入热处理炉中加热至1000°C，升温速率大于100°C /s，保温2~3min，然后预冷到850°C，再油冷至200~250°C，保温30min，最后空冷至室温；
步骤3、回火:淬火完成后，将高钒耐磨合金辊齿加热到210~230°C回火，保温2h，再空冷至室温。
[0010]步骤4、冷却处理和喷丸处理:将热处理完后的高钒耐磨合金辊齿放入冷冻箱中深冷至-40~-60°C，冷冻4~5h，冷却处理完毕后进行喷丸处理。
[0011]进一步，基于上述的一种高钒耐磨合金辊齿的制备方法制得的高钒耐磨合金辊齿，其组分按重量百分比计算(以下％均表示重量百分比)为:碳为1.8%，铬为5.2%，锰为0.16%，硅为0.27%，镍为2.7%，钒为13.6%，钛为1.5%，钼为1.8%，稀土为1.35%，硫和磷的总含量不超过0.035%，余量为铁及不可避免的杂质。
[0012]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1、冲击韧性高，辊齿对冲击载荷的抵抗能力增强。
[0013]在本发明的高钒耐磨合金辊齿中，钒的添加量达到13.0-15.0%，钒在钢中可细化组织晶粒，提高强度和韧性，使合金钢的强度和韧性比不含钒合金钢的强度和韧性提高到另一台阶，通过用摆锤式冲击试验机测定，其韧性可达到15.3J/cm2，而用于辊齿的高铬铸铁的冲击韧性一般为7.8J/cm2，韧性几乎提高了一倍，因此辊齿对冲击载荷的抵抗能力大幅增强，辊齿不易折断。
[0014]2、辊齿硬度提高，耐磨性更优异。
[0015]通过用金相显微镜和扫描电子显微镜观察本发明的高钒耐磨合金辊齿的金相组织，其组织构成为碳化物(主要为碳化钒)+马氏体，另外还含有极少量的残余奥氏体，可忽略不计，球形或近似球形的细小碳化钒弥散分布在基体上，马氏体则呈片状分布；碳化钒是高硬度碳化物，能大幅提高高钒合金的硬度，而由于片状马氏体的存在，基体裂纹倾向小，有较好的抗划伤能力，能为碳化物提供有效保护，降低犁削和疲劳剥落磨损率，延长了辊齿的使用寿命；另外，由于采用了冷却处理，可将基体中的残余奥氏体尽可能的全部转化为片状马氏体，减少了残余奥氏体对辊齿耐磨性的影响，进一步加强了辊齿的耐磨性，通过用洛式硬度计和动载荷冲击磨损试验机测定，本发明的高钒合金辊齿的硬度可达66.5HRC，高锰钢硬度可达45HRC (在工况条件适宜的条件下使用后，高锰钢表面的硬度)，与高锰钢相比的相对耐磨性为10.113，辊齿的硬度大幅提高，耐磨性也大大增强，辊齿的使用寿命也相应得到了延长。
[0016]3、热处理工艺简单，得到的辊齿综合性能更好。
[0017]通过对辊齿进行预热处理一淬火一回火一冷却处理一喷丸处理，辊齿不仅具有上述优异的耐磨性、高硬度、高强韧性、高强度，还由于辊齿中存在一定数量的镍、铬元素，使辊齿还具有良好的耐腐蚀性，特别是新增元素钛的作用，能使辊齿的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能，可避免晶间腐蚀；而添加的稀土元素，可以改变辊齿中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了辊齿的韧性、焊接性，冷加工性能，进一步提高耐磨性；通过对辊齿进行喷丸处理，提高辊齿表面的抗疲劳强度，使之不易被磨损。为了进一步提高辊齿的耐磨性和填补因喷丸处理而在辊齿表面留下的凹坑，在其表面还热喷涂有碳化钨基涂层，使辊齿表面光滑，耐磨性更高，进一步延长辊齿的使用寿命，是现有的高锰钢辊齿的使用寿命的5~7倍。
【具体实施方式】
[0018]下列非限制性实施例用于说明