高强度采煤机摇臂的热处理工艺的制作方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及高强度采煤机摇臂的热处理工艺，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 材质五花八门，导致产品的性能以及使用寿命难以满足实际的需求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，提供一种高强度采煤机摇臂的热处理工艺。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热处理工艺，依次包括以下步骤； a、 首次正火:将采煤机摇臂先在7-9小时内加温至930-970°C，并保温5-8小时，空冷至 常温； b、 二次正火:再在6-8小时内加温至910-950°C，并保温5-8小时，风冷至常温； c、 淬火:在6-8小时内加温至880-920°C，并保温4-6小时，再淬火至常温； d、 回火:在7-9小时内加温至580-620°C，并保温6-12小时，再淬火至常温。
[0007] 上述的热处理工艺中，其热处理工艺依次包括以下步骤； a、 首次正火:是先在7-9小时内加温至940-960°C，并保温6-7小时，空冷至常温； b、 二次正火:再在6-8小时内加温至920-940°C，并保温6-7小时，风冷至常温； c、 淬火:在6-8小时内加温至890-910°C，并保温4-5小时，再淬火至常温； d、 回火:在7-9小时内加温至590-610°C，并保温9-11小时，再淬火至常温。
[0008] 前述的热处理工艺中，其热处理工艺依次包括以下步骤； a、 首次正火:是先在8小时内加温至950°C，并保温7小时，空冷至常温； b、 二次正火:再在7小时内加温至930°C，并保温6小时，风冷至常温； c、 淬火:在7小时内加温至900°C，并保温4小时，再淬火至常温； d、 回火:在8小时内加温至600°C，并保温10小时，再淬火至常温。
[0009]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°C以下，停止吹风。 [0010]前述的热处理工艺中，所述的淬火是将铸件加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Acl (过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度 的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。
[0011]前述的热处理工艺中，所述的采煤机摇臂按质量百分比由以下组分组成：0.2%_0·3%C、0·2%-0·6%Si、0·5%-1·0%Mn、S 0·015%S、S 0·015%P、0·4%-1·3%Cr、0·8%-1·2%Ni、 0 · 2%-0 · 4%Mo、0 · 01%-0 · 03%RE、S0 · 08%V、0 · 01%-0 · 07%A1、0 · 08%-0 · 15%Ti，其余为Fe，合计 100%〇
[0012] 前述的热处理工艺中，按质量百分比由以下组分组成：〇 . 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%。
[0013] 前述的热处理工艺中，所述的摇臂本体的性能参数为:抗拉强度2 285Mpa，屈服强 度之495Mpa，延伸率2 14%，断面收缩率2 30%，冲击功2 35J。
[0014] 前述的热处理工艺中，其性能参数为:抗拉强度2 830Mpa，屈服强度2 650Mpa，延 伸率2 14%，断面收缩率2 30%，冲击功2 40J。
[0015] 前述的热处理工艺中，其性能参数为:抗拉强度938Mpa，屈服强度838Mpa，延伸率 18%，断面收缩率51%，冲击功141J。
[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，再在齿轮腔泥芯中间做出补缩通道，使二轴位置的热节能及时补缩； 待铸件浇铸、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，在摇臂本体的三轴位置至六轴位置的中间部位，设置外冷 铁，制造末端区，以形成顺序凝固条件。
[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倍以上，敷砂 1 〇mm，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，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650MPa，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 摇臂的材质作了改进，加入了适当的MN、Cr、Ni、Mo、V、Ti等元素，其中抗拉强度可达到 938MPa、屈服强度可达到838MPa、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 了产品的韧性。
[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中淬火的热处理示意图； 图4是实施例5中回火的热处理不意图； 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中淬火的热处理示意图； 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Fe):
调质后，摇臂的力学机械性能如下表所示:
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、 硅在钢中的作用： 提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。
[0024]缺点:使钢的焊接性能恶化。
[0025] 3、锰在钢中的作用 (1)锰提高钢的淬透性。
[0026] (2)锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。
[0027] 锰钢的主要缺点是，①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象;②锰有促进晶粒长 大的作用，因此锰钢对过热较敏感，在热处理工艺上必须注意。这种缺点可用加入细化晶粒 元素如钼、钒、钛等来克服:⑧当锰的质量分数超过1%时，会使钢的焊接性能变坏，④锰会 使钢的耐锈蚀性能降低。
[0028] 4、铬在钢中的作用 (1)铬可提高钢的强度和硬度。
[0029] (2)铬可提高钢的高温机械性能。
[0030] (3)提高淬透性。
[0031]缺点:①铬是显著提高钢的脆性转变温度②铬能促进钢的回火脆性。
[0032] 5、镍在钢中的作用 (1)可提高钢的强度而不显著降低其韧性。
[0033] (2)镍可降低钢的脆性转变温度，即可提高钢的低温韧性。
[0034] (3)改善钢的加工性和可焊性。
[0035] 6、钼在钢中的作用 (1) 提高钢热强性 (2) 提高钢的淬透性。
[0036]缺点：钼的主要不良作用是它能使低合金钼钢发生石墨化的倾向。
[0037] 7、钒在钢中的作用 (1)热强性。