高强度采煤机摇臂的新材质及其热处理工艺的制作方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明设及高强度采煤机摇臂铸钢件及热处理工艺，属于制造领域中的铸钢件热 处理范畴。
【背景技术】
[0003] 摇臂壳体是采煤机的主要零件，其作用是将电机动力经过齿轮变速箱传递到行星 头上安装的切割机头，从而进行切割煤作业。由于煤煤矿地质条件复杂煤层中经常夹杂着 石头等硬物，因此摇臂壳体需要承受不定的超负荷冲击力、扭曲力、和切变力，而且切割下 来的煤块砸在摇臂上也容易造成摇臂的冲击和磨损，工作环境十分恶劣，因而对于采煤机 的摇臂在强度、延伸率、断面收缩率、冲击功等性能方面有极高的要求。
[0004] 由于摇臂形状结构复杂，皮厚不均匀，铸造工艺性差，因而铸造难度较大，我国采 煤机铸件生产厂家在摇臂的铸造上一直沿用传统的工艺，铸件内部质量得不到保证，铸件 材质五花八口，导致产品的性能W及使用寿命难W满足实际的需求。
【发明内容】
[000引本发明的目的在于，提供一种高强度采煤机摇臂的新材质及其热处理工艺。本发 明材料经热处理后，具有优越的强度、延伸率、断面收缩率、防冲击性能，大大地提高了摇臂 产品的使用寿命。
[0006] 本发明的技术方案:一种高强度采煤机摇臂的新材质，按质量百分比由W下组分 组成：0.2%-0.3%C、0.2%-0.6%Si、0.5%-1.0%Mn、^ 0.015%S、^ 0.015%P、0.4%-1.3%Cr、0.8〇/〇-1.2%Ni、0.2%-0.4%M〇、0..03%RE、.08%V、0..07%A1、0.08%-0.15%Ti，其余为 Fe，合计 100〇/〇。
[0007] 上述的高强度采煤机摇臂的新材质中，按质量百分比由W下组分组成：0.24%C、 0.3%Si、0.6%Mn、1.3%Cr、0.8%Ni、0.4%M〇、0.02%RE、0.04%A1、0. l%Ti，其余为Fe，合计 100〇/〇。
[0008] 前述的高强度采煤机摇臂的新材质中，所述的摇臂本体的性能参数为:抗拉强度 > 2851口日，屈服强度> 495 1口日，延伸率^4%，断面收缩率>30%，冲击功>351。
[0009] 前述的高强度采煤机摇臂的新材质中，其性能参数为:抗拉强度含830Mpa，屈服强 度> 650 Mpa，延伸率M4%，断面收缩率>30%，冲击功>40J。
[0010] 前述的高强度采煤机摇臂的新材质中，其性能参数为:抗拉强度938Mpa，屈服强度 838 Mpa，延伸率18%，断面收缩率51%，冲击功141J。
[0011] 前述的高强度采煤机摇臂的新材质的热处理工艺中，依次包括W下步骤； a、 首次正火:是先在7-9小时内加溫至930-970°C，并保溫5-8小时，空冷至常溫； b、 二次正火:再在6-8小时内加溫至910-950°C，并保溫5-8小时，风冷至常溫； C、泽火:在6-8小时内加溫至880-920°C，并保溫4-6小时，再泽火至常溫； d、回火:在7-9小时内加溫至580-620°C，并保溫6-12小时，再泽火至常溫。
[0012] 前述的热处理工艺中，其热处理工艺依次包括W下步骤； a、 首次正火:是先在7-9小时内加溫至940-960°C，并保溫6-7小时，空冷至常溫； b、 二次正火:再在6-8小时内加溫至920-940°C，并保溫6-7小时，风冷至常溫； C、泽火:在6-8小时内加溫至890-910°C，并保溫4-5小时，再泽火至常溫； d、回火:在7-9小时内加溫至590-610°C，并保溫9-11小时，再泽火至常溫。
[0013] 前述的热处理工艺中，其热处理工艺依次包括W下步骤； a、 首次正火:是先在8小时内加溫至950°C，并保溫7小时，空冷至常溫； b、 二次正火:再在7小时内加溫至930°C，并保溫6小时，风冷至常溫； C、泽火:在7小时内加溫至900°C，并保溫4小时，再泽火至常溫； d、回火:在8小时内加溫至600°C，并保溫10小时，再泽火至常溫。
[0014] 前述的热处理工艺中，所述的风冷是指在半小时内冷却至300°CW下，停止吹风。
[0015] 前述的热处理工艺中，所述的泽火是将铸件加热到临界溫度Ac3(亚共析钢)或Acl (过共析钢）W上溫度，保溫一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后W大于临界冷却速度 的冷速快冷到Ms W下(或Ms附近等溫)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。
[0016] 前述的热处理工艺中，所述的采煤机摇臂包括摇臂本体，摇臂本体下方设有电机 筒，摇臂本体上设有间隔设置的轴腔和齿轮腔，摇臂本体的外侧设有水道，其特征在于，该 工艺采用分型面在摇臂本体上方的立铸工艺;在所述电机筒侧边的二轴位置设置冒口，铸 死冒口下方的齿轮腔，再在齿轮腔泥忍中间做出补缩通道，使二轴位置的热节能及时补缩； 待铸件诱铸、冷却后，在该齿轮腔一侧开口，从开口切割修整齿轮腔，最后采用焊堵工艺进 行封口，并将冒口去除即得成品。
[0017] 前述的热处理工艺中，在摇臂本体的Ξ轴位置至六轴位置的中间部位，设置外冷 铁，制造末端区，W形成顺序凝固条件。
[0018] 前述的热处理工艺中，所述的外冷铁高度为摇臂本体下壁厚的1.5倍W上，敷砂 10mm，间隔30-50mm;且所述的摇臂本体的收缩率长向取1.7%-2%。
[0019] 前述的热处理工艺中，在摇臂本体的五轴位置的两侧增加补贴至下壁，补贴部分 将相应位置的水道槽铸死，使铸件上、下部分连通，保证铸件的顺序凝固；在后续加工时，再 将水道槽加工成型。
[0020] 与现有技术相比，本发明对摇臂的材质作了改进，加入了适当的MN、Cr、Ni、Mo、V、 Ti等元素，大大地提高了产品的性能和使用寿命，经申请人试验采用新材质后本发明的抗 拉强度大于830MPa，屈服强度大于650 MPa,延伸率大于14%，断面收缩率大于30%，冲击功大 于40J。进一步地，申请人还对摇臂新材质的热处理工艺作了进一步优选，特别是二次正火 的热处理工艺，改进后的热处理工艺进一步地提高了产品性能，其中抗拉强度可达到 938MPa、屈服强度可达到838 MPa、延伸率可达到14%，断面收缩率可达到30%，冲击功可达到 141J，而且本发明还细化了晶粒，使得晶粒度达到10级，在提高强度的同时，进一步地提高 了产品的初性。
[0021]
【附图说明】
[0022] 图1是实施例5中首次正火的热处理示意图； 图2是实施例5中二次正火的热处理示意图； 图3是实施例5中泽火的热处理示意图； 图4是实施例5中回火的热处理示意图； 图5是实施例6中首次正火的热处理示意图； 图6是实施例6中二次正火的热处理示意图； 图7是实施例6中泽火的热处理示意图； 图8是实施例6中回火的热处理示意图； 图9是实施例7的立体结构示意图； 图10是实施例7的主视图； 图11是实施例7的俯视图； 图12是实施例7的剖视图。
【具体实施方式】
[0023] 实施例1: 一种采煤机摇臂的铸造工艺，所述的摇臂本体按质量百分比由下表中 的元素成分组成(其余为化）： C I Si I Μη Is I P I Cr I Ni I Mo I RE I V I A1 I Ti 。.3〇/〇 I。.4〇/〇 I。.7〇/〇 I。.015〇/〇|。.01〇/〇 I 1.3〇/〇|。.9〇/〇| 0.25〇/〇| O.OP/〇| 0.03〇/〇|。.04〇/〇 I。.08〇/〇 调质后，摇臂的力学机械性能下表所示：__ 抗拉强度(Mpa) I屈服强度(Mpa) I延伸率(％) I断面收缩率(％) I冲击功Akv 20°C(J) > 830 >650 I > 14 >30 >60 其中： 1、 碳（C):钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量 0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20% 2、 娃在钢中的作用： 提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的初性和塑性降低。
[0024] 缺点:使钢的焊接性能恶化。
[00巧]3、儘在钢中的作用 (1)儘提高钢的泽透性。
[0026] (2)儘对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。
[0027] 儘钢的主要缺点是，①含儘较高时，有较明显的回火脆性现象;②儘有促进晶粒长 大的作用，因此儘钢对过热较敏感，在热处理工艺上必须注意。运种缺点可用加入细化晶粒 元素如钢、饥、铁等来克服:⑧当儘的质量分数超过1%时，会使钢的焊接性能变坏，④儘会 使钢的耐诱蚀性能降低。
[0028] 4、铭在钢中的作用 (1)铭可提高钢的强度和硬度。
[0029] (2)铭可提高钢的高溫机械性能。
[0030] (3)提高泽透性。
[0031] 缺点:①铭是显著提高钢的脆性转变溫度②铭能促进钢的回火脆性。
[0032] 5、儀在钢中的作用 (1)可提高钢的强度而不显著降低其初性。
[0033] (2)儀可降低钢的脆性转变溫度，即可提高钢的低溫初性。
[0034] (3)改善钢的加工性和可焊性。
[0035] 6、钢在钢中的