一种刀轮刀圈的热熔处理方法与流程

本发明属于刀圈热熔技术领域，尤其涉及一种刀轮刀圈的热熔处理方法。

背景技术：

目前，随着我国现代化经济建设的高速发展，隧道工程建设事业正蓬勃兴起盾构掘进施工法得到广泛的应用，而盘形滚刀刀圈是盾构掘进机的专用工具，刀圈的寿命长短和对地质条件的适应性成为影响盾构机施工效率的重要因素之一。而国内盾构掘进机的盘形滚刀刀圈多采用合金钢制造，利用电炉冶炼+lf精炼+真空脱气+电渣重熔的电渣锭加工出的滚刀刀圈，经过热处理后其硬度可以达到hrc54-56。此硬度值可以满足对软岩石的掘进，但遇到硬岩其硬度值达不到要求，刀圈的耐磨性差，刀圈易出现卷边失效缺陷。这些滚刀刀圈存在适应范围狭窄，遇到复杂地层容易发生断裂和耐磨性差等缺点，为实现一种硬度和韧性匹配的刀圈，使用到过赢冷压处理、热熔处理以及热熔镶齿处理等工艺，而这些工艺在初步阶段均使用到热处理调质处理，如何做好热处理，对刀圈的硬度和韧性起到关键作用。在应对一些特殊情形下，如果想顺利挖掘，其刀圈的硬度值需要达到hrc58-60，即硬度要求高，但是现有的热处理技术，无法做到刀圈硬度高的同时保持高韧性好。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种刀轮刀圈的热熔处理方法，旨在解决无法保证整个刀圈硬度高的同时韧性好的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种刀轮刀圈的热熔处理方法，包括以下步骤：

s1：刀圈环形毛坯：将c、mn、cr、si、mo、v、fe、ni材料按照比例混合后倒入温度为1550℃的冶炼炉中熔炼制成钢锭，然后根据刀圈的需要进行下料，用锻模进行末端制成刀圈毛坯，再将刀圈毛坯放置加热炉内，加热炉采用阶梯升温加热刀圈毛坯至850℃-1000℃，然后在炉内保温3.5-4小时，然后以2℃-4℃/min的速度降温，当炉内温度降至350℃-500℃，再保温2.5-3小时，在以2℃-4℃/min的速度降温，当刀圈毛坯温度降为200℃-275℃将刀圈毛坯移放入大气内冷却退火，冷却至常温状态；

s2：粗车：根据设计要求对刀圈环状毛坯进行装夹找正，加工刀圈部的端面、刃口和内孔，并保证相应尺寸的公差及粗糙度要求；

s3：调质：即先进行淬火然后进行高温回火，其中，将刀圈环状毛坯置于真空炉中进行真空淬火，经过快速冷却的刀圈环状毛坯在置于回火炉内进行高温回火；

s4：刀圈刃口堆焊：将堆焊材料均匀堆焊于刃口至刀圈内孔2-5mm表面；

s5：去应力退火：将经过堆焊处理的刀圈环状毛坯置于去应力退火中进行去应力退火，温度控制在300-400摄氏度；

s6：自然冷却：经过去应力退火工艺处理的刀圈环状毛坯，置于环境温度下自然冷却；

s7：精加工与装配：热处理结束后将刀圈装配在滚刀上。

更进一步地，所述s3中真空淬火的温度保持在850℃-950℃，真空淬火的淬火介质选用惰性气体。

更进一步地，所述s3中高温回火的温度控制在350℃-450℃的范围内。

更进一步地，所述s2中的粗车后的端面粗糙度为3.2微米。

更进一步地，所述经过s6自然冷却后的刀圈硬度值应在hrc58-62，同时冲击功大于10，这样整个刀圈硬度高的同时韧性好。

更进一步地，所述s7中刀圈装配在滚刀上时采用过盈配合。

更进一步地，所述s3中的刀圈环状毛坯刀轮在高温回火时湿度小于50％，真空度小于10pa。

更进一步地，步骤s4中的堆焊材料采用高耐磨材料，所述高耐磨材料为fe60铁基合金粉末。

更进一步地，步骤s4中通过堆焊机将高耐磨材料fe60铁基合金粉末均匀堆焊于刃口至刀圈内孔两侧2-3mm表面。

与现有技术相比，本发明实施例提供的有益效果为：

本发明所达到的有益效果，由于整个刀轮刀圈的热熔处理方法，为先对工件进行调质处理，然后对工件的刀圈刃口进行堆焊，最后对工件进行退火处理，所以既能消除应力又能保证刀圈硬度，整个刀圈硬度高的同时韧性好，这样能满足刀轮刀圈开采隧道时需要的强度韧性要求，同时操作过程简单。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术提供的一种刀轮刀圈的热熔处理方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明为一种刀轮刀圈的热熔处理方法，相比现有的刀轮刀圈热熔处理方法，其热处理顺序为：先对工件进行调质处理，然后对工件的刀圈刃口进行堆焊，最后对工件进行退火处理，整个处理方法既能消除应力又能保证刀圈硬度，整个刀圈硬度高的同时韧性好，这样能满足刀轮刀圈开采隧道时需要的强度韧性要求，同时操作过程简单。

本发明实施例提供了一种刀轮刀圈的热熔处理方法，包括以下步骤：

第一步：刀圈环形毛坯：将c、mn、cr、si、mo、v、fe、ni材料按照比例混合后倒入温度为1550℃的冶炼炉中熔炼制成钢锭，然后根据刀圈的需要进行下料，用锻模进行末端制成刀圈毛坯，再将刀圈毛坯放置加热炉内，加热炉采用阶梯升温加热刀圈毛坯至850℃-1000℃，然后在炉内保温3.5-4小时，然后以2℃-4℃/min的速度降温，当炉内温度降至350℃-500℃，再保温2.5-3小时，在以2℃-4℃/min的速度降温，当刀圈毛坯温度降为200℃-275℃将刀圈毛坯移放入大气内冷却退火，冷却至常温状态。

第二步：粗车：根据设计要求对刀圈环状毛坯进行装夹找正，加工刀圈部的端面、刃口和内孔，并保证相应尺寸的公差及粗糙度要求，粗车后的端面粗糙度为3.2微米。

第三步：调质：即先进行淬火然后进行高温回火，其中，将刀圈环状毛坯置于真空炉中进行真空淬火，真空淬火的温度保持在850℃-950℃，真空淬火的淬火介质选用惰性气体，经过快速冷却的刀圈环状毛坯在置于回火炉内进行高温回火，高温回火的温度控制在350℃-450℃的范围内，刀圈环状毛坯刀轮在高温回火时湿度小于50％，真空度小于10pa，刀圈环状毛坯在850℃-950℃的温度下，刀圈环状毛坯的金相为奥氏体，经过淬火后奥氏体转变为马氏体或贝氏体，刀圈环状毛坯然后在350℃-450℃的范围内进行高温回火工艺处理，这样能提高刀圈环状毛坯的刚性、硬度和韧性。

在具体实施过程中，该步骤还可以包括对刀圈内孔部分刀轮表面3-6cm处单独二次淬火和整体二次回火，具体的，在进行上述步骤的高温回火后，通过淬火设备仅对刀轮刀圈内孔至刃口方向、刀轮表面3-6cm的环形区域内进行370℃至450℃的二次淬火操作，然后将整个刀轮放置于回火炉中进行500-600℃的二次回火操作，且通过对刀轮内孔处二次淬火以及整体二次回火操作，能够有效提高刀轮内孔处的硬度，保证刀轮在只用过程中的刚性、韧性和硬度要求，提高刀轮的质量。

第四步：刀圈刃口堆焊：将高耐磨材料均匀堆焊于刃口至刀圈内孔2-5mm表面，其中堆焊材料采用高耐磨材料，比如fe60铁基合金粉末，这样能很好的提高刃口至刀圈内孔2-5mm表面的耐磨性，同时操作方便。在具体实施过程中，仅需要堆焊于刃口至刀圈内孔2-3mm即可，由于通常刀轮使用深度为2-3mm处，且该部分刀轮刃口较薄，以此提高刀轮刀圈刃口的整体韧性和刀轮切割的硬度。

第五步：去应力退火：将经过堆焊处理的刀圈环状毛坯置于去应力退火中进行去应力退火，消除应力可以防止刀圈上的焊层开裂，由于工件在淬火时会出现很大的残余应力，易造成工件变形，所以退火能有效减少残余应力，温度控制在300-400摄氏度，这样既能消除应力又能保证刀圈硬度；

第六步：自然冷却：经过去应力退火工艺处理的刀圈环状毛坯，置于环境温度下自然冷却，自然冷却后的刀圈硬度值应在hrc58-62，同时冲击功大于10，这样整个刀圈硬度高的同时韧性好，这样能满足刀轮刀圈开采隧道时需要的强度韧性要求；

第七步：精加工与装配：热处理结束后将刀圈装配在滚刀上，刀圈装配在滚刀上时采用过盈配合，这样安装后的工件会非常稳固。

本刀轮刀圈的热熔处理方法，先进行下料操作既获得刀圈环形毛坯，然后对取得的刀圈环形毛坯进行粗车，根据设计要求对刀圈环状毛坯进行装夹找正，加工刀圈部的端面、刃口和内孔，然后对刀圈环形毛坯进行热处理，热处理的第一步是调质，即先进行淬火然后进行高温回火，其中真空淬火的温度保持在850℃-950℃，真空淬火的淬火介质选用惰性气体，高温回火的温度控制在350℃-450℃的范围内，这样经过调质处理后刀圈环形毛坯中含有大量的马氏体或贝氏体，这样能提高刀圈环状毛坯的刚性、硬度和韧性，然后对刀圈环形毛坯的刀圈刃口进行堆焊，这样能很好的提高刀圈环形毛坯的耐磨性，由于工件在淬火时会出现很大的残余应力，易造成工件变形，退火能有效减少残余应力，可以防止刀圈上的焊层开裂，其中退火的温度控制在300-400摄氏度，这样既能消除应力又能保证刀圈硬度，经过去应力退火工艺处理的刀圈环状毛坯，置于环境温度下自然冷却，自然冷却后的刀圈硬度值应在hrc58-62，同时冲击功大10，这样整个刀圈硬度高的同时韧性好，这样能满足刀轮刀圈开采隧道时需要的强度韧性要求，最后采用过盈配合的方式将刀圈装配在滚刀上时，这样安装后的工件会非常稳固。

综上所述：本刀轮刀圈的热熔处理方法，进行粗车后的毛坯，先进行调质，即先进行淬火然后进行高温回火，这样经过调质处理后刀圈环形毛坯中含有大量的马氏体或贝氏体，这样能提高刀圈环状毛坯的刚性、硬度和韧性，然后对刀圈环形毛坯的刀圈刃口进行堆焊，这样能很好的提高刀圈环形毛坯的耐磨性，然后对工件进行退火处理，退火能有效减少残余应力，可以防止刀圈上的焊层开裂，退火的温度控制在300-400摄氏度，这样既能消除应力又能保证刀圈硬度，自然冷却后的刀圈硬度值应在hrc58-62，同时冲击功大10，这样整个刀圈硬度高的同时韧性好，这样能满足刀轮刀圈开采隧道时需要的强度韧性要求。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。