截齿的钎焊与热处理一体化工艺方法与流程

本发明涉及截齿生产工艺以及热处理工艺，具体是一种用于截齿的钎焊与热处理一体化工艺方法，特别适用于硬质合金头与金属本体钎焊而组成的截齿。

背景技术：

截齿是矿产采掘、巷道掘进、道路修建与维护等领域采用的工程机械中的关键零部件，负责挖掘、刨削，并且直接接触被施工物体的零部件，承受着巨大的冲击、磨损等严酷工况，因此，截齿也是易损零部件。该类零部件的性能及寿命直接影响了矿产采掘、巷道掘进、道路修建与维护等领域的工程进度和工程成本。

参见图1所示的截齿结构，截齿是由硬质合金刀头1和金属本体2构成的镐型结构，硬质合金刀头1的头部呈锥形，硬质合金刀头1的底部嵌入在金属本体2的凹槽中，并通过钎焊的方式与金属本体2固定连接在一起，金属本体2的材料普遍采用中碳低合金钢，如采用42CrMo、35CrMoV以及40Mn等材料。截齿的生产流程主要包括热锻、机加工、钎焊、热处理、喷丸、质检等过程，其中在热处理工艺部分，其繁杂程度部分决定了截齿产品的成本，而其工艺的合理性则决定了截齿的性能。简单的热处理工艺，能带来良好的可操作性并降低生产成本；良好的热处理工艺设计，可以为截齿带来优良的硬质合金刀头1与金属本体2的焊接结合力、金属本体2的耐磨性能、抗冲击性能和抗弯折性能。因此，热处理工艺在截齿的制造过程中举足轻重。

由于截齿的服役条件极其苛刻，所以其性能要求也极为严格，目前存在的最大的一个难题就是截齿的金属本体2在承受冲击的情况下，需要具备较好的耐磨损能力；另一个难题就在于该类零件涉及到钎焊，无疑会有更大的工艺复杂性。中国专利申请号为200710156941.4、名称为“采煤机截齿表面处理工艺”的文献中公开了采用碳粉对截齿进行渗碳、渗硼、钼、铬，然后再进行盐浴、退火、回火处理，其步骤复杂，固体渗剂渗速慢且渗层组织不均匀，从而使产品的表面硬度不高且质量不稳定。中国专利申请号为200810123512.1、名称为“采煤机截齿的硼碳共渗微合金化方法” 的文献中公开了酸洗，渗碳、钛、锰处理，渗硼、钨、铬盐浴、退火处理、回火处理、喷丸等处理步骤，其工艺比较复杂，金属盐浴的设备成本高、操作复杂，且为合金化的效果有限。中国专利申请号为201510965644.9、名称为“一种截齿的表面处理工艺”的文献中公开了利用煤油作为渗碳介质，改善了渗碳工艺，但是将钎焊后经过冷却的截齿再重新加热进行渗碳，将截齿进行了两次高温加热，增加了工艺的复杂性，而且渗碳工艺之后进行了400℃左右的中温回火，导致渗碳层的硬度有所下降，耐磨性能也随之下降。以上三个专利文献中公开的方案都是通过表面处理的方法来优化截齿的热处理工艺。中国专利申请号为201210425945.9、名称为“一种采煤机截齿的生产方法”的文献中公开了采用中频加热的方法进行钎焊，并利用余热进行淬火，虽然工艺简单，但是该方法受限于金属本体2材料较低的碳含量，无法获得金属本体2的高硬度，因此其耐磨性能没有得到提高，而且该方法仅局限于35CrMnSiA这一种材料。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的缺陷，提出一种截齿的钎焊与热处理一体化工艺方法，采用该方法能制造出抗冲击又耐磨的截齿，并且其钎焊与热处理工艺相对简单。

本发明采用的技术方案是依序包括以下步骤：

A、对截齿的硬质合金刀头和金属本体进行钎焊，钎焊的温度为900~1100℃；

B、对截齿渗碳，渗碳的温度范围为A₃~（A₃+100）℃，A₃为金属本体的金属材料相图的热处理特征温度之一；

C、对截齿保温，保温温度范围为A₁~（A₃+100）℃，A₁为金属本体的金属材料相图的热处理特征温度之一；

D、对截齿淬火，淬火液的温度为10℃~Ms，Ms为金属本体材料的马氏体开始转变温度；

E、对截齿低温回火，低温回火的温度为150~250℃，保温时间为30~240min。完成后出炉冷却即可。

本发明采用上述技术后具有的优点是：

1、本发明中，由于在钎焊并少许降温后就直接进行渗碳工艺，减少了钎焊并冷却完成后再次进入工业炉加热的步骤，而且通过控制淬火温度可以调整金属本体的芯部硬度，省却了后续的截齿杆部退火工艺，因此，该工艺流程简单、零部件热历史少、具有显著的节能降耗的效果，对钎焊的影响较小，所以截齿的硬质合金头与金属本体的钎焊结合力牢固。

2、本发明由于采用了渗碳处理，碳原子渗透到金属本体表面，使得表面一定深度范围内的碳含量提高，并通过后续的淬火处理和低温回火处理，得到高强度、高含碳量的回火马氏体，其硬度可以达到HRC62、厚度可以达到2mm以上，因为耐磨性与硬度成正比，而普通的截齿本体合金表面只有HRC 52~55，因此，本发明能提高截齿的金属本体表面的耐磨性能，并且维持了金属本体的韧性，从而延长了截齿的使用寿命。

3、本发明通过控制淬火加热温度，可以实现金属本体的芯部硬度在HRC48 左右，该硬度范围的金属材料具有良好的抗冲击性能、韧性，因此截齿具备了抗冲击、抗弯折的优良性能。

4、本发明可以实现高硬度的硬质合金、耐磨的金属表面和抗冲击芯部的结合，满足了截齿的服役条件要求。

5、本发明具有常规工艺不能达到的优良性能，大大提高了截齿的工作性能，延长了截齿的使用寿命。

附图说明

图1是截齿的结构示意图。

图2是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

参见图1和图2，将截齿的硬质合金刀头1的底部嵌入到金属本体2的凹槽中，然后对硬质合金刀头1和金属本体2进行钎焊。金属本体2的材料采用中碳低合金钢，如采用42CrMo、35CrMoV以及40Mn等材料。钎焊时，将截齿放置在具有化学热处理能力的热处理设备，例如可以进行渗碳作业的工业炉中，钎焊的温度为900~1100℃，保温时间为5~100min；整个焊接过程中不通入任何用于化学热处理的气体或溶液。

钎焊结束后，在工业炉中对截齿进行渗碳处理，渗碳工艺的温度范围为金属本体2的金属材料的A₃~（A₃+100）℃，渗碳的时间为30~240min，碳势控制在0.4%~1.4%，渗碳采用气体或液体滴注进行渗碳。其中，A₃为金属本体2的金属材料相图的热处理特征温度之一，可以根据材料牌号再查询相图或者热处理工具书均可以得到，这是常规的查询方法；另外，A₃温度涵盖了A_c3和A_r3两个实际加热和冷却对应的A₃值。

渗碳处理后，对截齿先进行保温，保温温度范围为截齿的金属本体2的金属材料的A₁~（A₃+100）℃，保温时间为10~240min。其中，A₁为金属本体2的金属材料相图的热处理特征温度之一，可以根据材料牌号再查询相图或热处理工具书得到。另外，此处的A₁温度涵盖A_c1和A_r1两个实际加热和冷却对应的A₃值。

保温之后将截齿进行淬火处理，淬火液的温度为10℃~Ms，截齿在淬火液中停留到与淬火液温度相一致。其中，Ms为金属材料的马氏体开始转变温度，可以根据材料牌号再查询相图或热处理工具书得到。

淬火后，再对截齿进行低温回火处理，低温回火的温度在150~250℃温度范围内，保温时间为30~240min。完成后出炉冷却即可。

下面提供本发明的三个实施例，以进一步具体阐述本发明：

实施例1

本实施例中的截齿的金属本体2采用42CrMo作为合金材料，其热处理工艺参数为：A₁为730℃，A₃为800℃，Ms为310℃。工艺步骤如下：首先将截齿放置工装上，硬质合金刀头1与钎焊粉全部准备好，保持硬质合金刀头1始终向上。然后将截齿放入具有化学热处理能力的热处理设备中，升温至1050℃进行钎焊，保温40min；之后降温至860℃，采用甲醇滴注式渗碳，保持碳势在0.9%，渗碳180 min；完成后降温到760℃并保温30 min，出炉淬火，淬火液为50℃淬火油；完成后，将截齿在180℃回火120min，出炉冷却，热处理工艺完成。该工艺获得截齿表面硬度大于HRC62，渗碳层厚度约为3mm，金属本体2的芯部硬度约为HRC48。

实施例2

本实施例中的截齿采用35CrMoV作为本体的合金材料，其热处理工艺参数为：A₁约为700℃，A₃为835℃，Ms约为356℃。工艺步骤如下：首先将截齿的放置工装上，硬质合金刀头1与钎焊粉全部准备好，保持硬质合金刀头1始终向上。然后将截齿放入具有化学热处理能力的热处理设备中，升温至900℃进行钎焊，保温100min；之后降温至870℃，采用乙炔气体式渗碳，保持碳势在1.4%，渗碳240min；完成后降温到840℃并保温240 min，出炉淬火，淬火液为40℃淬火油；完成后，将截齿在150℃回火240min，出炉冷却，热处理工艺完成，获得截齿表面硬度大于HRC62，渗碳层厚度约为2 mm，金属本体2的芯部硬度约为HRC 50。

实施例3

本实施例采用的截齿，用42Mn作为本体合金材料，其热处理工艺参数为：A₁约为710℃，A₃约为779℃，Ms为340℃。工艺步骤如下：首先将截齿的放置工装上，硬质合金刀头1与钎焊粉全部准备好，保持硬质合金刀头1始终向上。然后将截齿放入具有化学热处理能力的热处理设备中，升温至1100℃进行钎焊，保温5min；之后降温至810℃，采用煤油滴注式渗碳，保持碳势在0.4%，渗碳30min，完成后降温到750℃并保温30min，出炉淬火，淬火液为200℃等温淬火盐液；完成后，将截齿在150℃回火120min，出炉冷却，热处理工艺完成。该工艺获得截齿表面硬度大于HRC62，渗碳层厚度约为3mm，金属本体芯部硬度约为HRC50。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此而限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及其附图内容所作的等效结构或改造等效工艺，或直接或间接运用本发明于其他相关领域，均可视为在本发明的专利保护范围内。