本发明属于隧道、地铁施工技术领域，尤其涉及一种聚晶金刚石滚刀刀圈及其制作工艺。
背景技术：
目前，我国采用盾构、TBM法施工山岭隧道、城市地铁进入蓬勃发展时期，盾构、TBM法以其地质条件适应性强、施工速度快、对周边环境干扰少等优点日益成为隧道施工工法首选，而国内一些在建地铁的城市经常遇到岩石抗压强度达到甚至超过100MPa的硬岩地层或研磨性极强的砂岩地层，盾构机在此地层中掘进，传统的钢制滚刀刀圈磨损严重，导致换刀频繁，加大了施工风险和工程成本。 目前，滚刀刀圈常采用的材料为4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、H13等，但这些刀圈材料均为单一的合金钢材质，在硬岩和砂岩岩层掘进中，存在耐磨性差或者容易断裂的问题。对于一般条件下制备的金属材料而言，硬度和韧性是一对矛盾，硬度提高势必降低材料的韧性。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种韧性强、硬度高、耐磨性高、抗压性能好的聚晶金刚石滚刀刀圈及其制作工艺。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种聚晶金刚石滚刀刀圈，包括刀圈基体和均匀设置在刀圈基体外圆周表面的齿尖；其中刀圈基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.30～0.38%、Si为0.6 ～0.8%、Mn为0.20 ～0.65%、Cr为2.7 ～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、Nb为0.05～0.15%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%，Fe余量；
齿尖由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层组成，聚晶金刚石耐磨层的各原料所占的质量百分比分别为：金刚石为80%-82%，Si为6%-7%，Co为12%-13%。
刀圈基体的整体硬度为HRC48～53，冲击韧性为27～37J/cm2。
一种聚晶金刚石滚刀刀圈的制作工艺，包括以下步骤：（1）对刀圈基体进行制作，在刀圈基体圆周表面均匀设置安装槽；
（2）对齿尖进行制作；
（3）将齿尖的硬质合金基体通过镶嵌后焊接的方式均匀固定到刀圈基体的安装槽内。
步骤（1）具体制作步骤为：
a、所述的刀圈基体的各原料依次经过电炉冶炼、电渣重熔、预锻、模锻、缓冷、退火、粗加工工序后获得盘形结构的刀圈基体粗坯；
b、刀圈基体粗坯再经高温真空淬火加二次高温回火、低温去应力处理、精加工后获得整体硬度HRC48～53、冲击韧性27～37J/cm2的刀圈基体。
步骤b中刀圈基体粗坯经高温真空淬火加二次高温回火的规范为：淬火温度1050℃-1070℃，淬火油温度30℃-50℃，回火温度600℃-620℃、560℃-570℃各一次。
步骤b中进行低温去应力处理的温度为250-370℃，保温时间1.5-2小时，采用真空炉或气氛保护炉。
滚刀刀圈在真空炉或气氛保护炉加热到150-190℃，保温35-50分钟，随炉温自然冷却。
步骤（2）具体制作步骤为：
A、金刚石微粉的配料、混合：选取30%-35%重量的50-60um粒度的普通金刚石微粉、30%-35%重量的30-40um粒度的普通金刚石微粉、5%-20%重量的10-20um粒度的普通金刚石微粉以及12%-13%重量的5-20.0umCo粉，剩余为Si粉，利用球磨机将以上粉料球磨10小时，混合均匀后放置在120℃的真空干燥箱下保存备用；
B、硬质合金基体：按图纸要求加工硬质合金基体，其中WC的重量含量为85%-94%，Co的重量含量为6%-15%；
C、在叶腊石块内将金刚石微粉与硬质合金组装：取1.0g-2.0g混合好的金刚石微粉与硬质合金基体用5吨的压力机压实组装；将组装压实后的基体置于叶腊石合成块中，放入导电钢圈组成的合成模内，其中聚晶金刚石耐磨层的厚度为1.0--2.0mm；
D、高温高压下合成：将组成的合成模放入六面顶金刚石压机内，在压力5.5-6.1 GPa，温度1300℃-1500℃，烧结合成5分钟，制成聚晶金刚石复合片；
E、喷砂处理：去除聚晶金刚石复合片表面的烧结物；
F、聚晶金刚石复合片去应力：聚晶金刚石复合片在真空炉或气氛保护炉加热到200-250℃，保温5-10分钟后，随炉温自然冷却；
G、聚晶金刚石复合片的后加工：采用磨床进行机械加工后得到聚晶金刚石复合片，使聚晶金刚石复合片的硬质合金基体的直径稍大于安装槽的内径，硬质合金基体直径公差为±0.01mm，高度公差为±0.05mm。
步骤（3）具体制作步骤为：聚晶金刚石复合片的硬质合金基体镶嵌到安装槽内，然后通过钎焊将硬质合金基体与刀圈基体焊接为一体，焊接温度为620℃-680℃，采用高强度的银焊料和粉状的银钎焊剂。
将聚晶金刚石复合片镶嵌到安装槽内采用过盈配合的镶嵌方式，过盈量控制在0.05mm。
采用上述技术方案， 与传统盾构刀圈材料相比，本发明中下调含碳量至0.30～0.38%，增加Mo的含量，虽然刀圈基体的整体硬度下降为HRC48～53，但刀圈基体的冲击韧性有较大程度提高为27～37J/cm2，保证了刀圈基体具有极高的韧性，避免刀圈断裂现象出现。由于在刀圈基体的外圆周面上预制安装槽，在安装内镶嵌或钎焊聚晶金刚石复合片，聚晶金刚石复合片由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层经过一系列加工工艺制作而成。虽然刀圈基体的整体硬度下降为HRC48～53，耐磨性降低，但采用聚晶金刚石耐磨层大大增强了滚刀刀圈的耐磨性。本发明将刀圈基体和齿尖采用分体制造而成，并分别采用独特的加工工艺，使刀圈基体的高冲击韧性和聚晶金刚石复合片高的抗压强度、硬度和耐磨性结合起来，故能轻易破碎岩石的同时具有极高的寿命，也大大提高了施工掘进效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种聚晶金刚石滚刀刀圈，包括刀圈基体1和均匀设置在刀圈基体1外圆周表面的齿尖；其中刀圈基体1的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.30～0.38%、Si为0.6 ～0.8%、Mn为0.20 ～0.65%、Cr为2.7 ～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、Nb为0.05～0.15%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%，Fe余量；
齿尖由硬质合金基体2和聚晶金刚石耐磨层3组成，聚晶金刚石耐磨层3的各原料所占的质量百分比分别为：金刚石为80%-82%，Si为6%-7%，Co为12%-13%。
刀圈基体1的整体硬度为HRC48～53，冲击韧性为27～37J/cm2。
一种聚晶金刚石滚刀刀圈的制作工艺，包括以下步骤：（1）对刀圈基体1进行制作，在刀圈基体1圆周表面均匀设置安装槽；
（2）对齿尖进行制作；
（3）将齿尖的硬质合金基体2通过镶嵌后焊接的方式均匀固定到刀圈基体1的安装槽内。
步骤（1）具体制作步骤为：
a、所述的刀圈基体1的各原料依次经过电炉冶炼、电渣重熔、预锻、模锻、缓冷、退火、粗加工工序后获得盘形结构的刀圈基体1粗坯；
b、刀圈基体1粗坯再经高温真空淬火加二次高温回火、低温去应力处理、精加工后获得整体硬度HRC48～53、冲击韧性27～37J/cm2的刀圈基体1。
步骤b中刀圈基体1粗坯经高温真空淬火加二次高温回火的规范为：淬火温度1050℃-1070℃，淬火油温度30℃-50℃，回火温度600℃-620℃、560℃-570℃各一次。
步骤b中进行低温去应力处理的温度为250-370℃，保温时间1.5-2小时，采用真空炉或气氛保护炉。滚刀刀圈在真空炉或气氛保护炉加热到150-190℃，保温35-50分钟，随炉温自然冷却。
步骤（2）具体制作步骤为：
A、金刚石微粉的配料、混合：选取30%-35%重量的50-60um粒度的普通金刚石微粉、30%-35%重量的30-40um粒度的普通金刚石微粉、5%-20%重量的10-20um粒度的普通金刚石微粉以及12%-13%重量的5-20.0umCo粉，剩余为Si粉，利用球磨机将以上粉料球磨10小时，混合均匀后放置在120℃的真空干燥箱下保存备用；
B、硬质合金基体2：按图纸要求加工硬质合金基体2，其中WC的重量含量为85%-94%，Co的重量含量为6%-15%；
C、在叶腊石块内将金刚石微粉与硬质合金组装：取1.0g-2.0g混合好的金刚石微粉与硬质合金基体2用5吨的压力机压实组装；将组装压实后的基体置于叶腊石合成块中，放入导电钢圈组成的合成模内，其中聚晶金刚石耐磨层3的厚度为1.0--2.0mm；
D、高温高压下合成：将组成的合成模放入六面顶金刚石压机内，在压力5.5-6.1 GPa，温度1300℃-1500℃，烧结合成5分钟，制成聚晶金刚石复合片；
E、喷砂处理：去除聚晶金刚石复合片表面的烧结物；
F、聚晶金刚石复合片去应力：聚晶金刚石复合片在真空炉或气氛保护炉加热到200-250℃，保温5-10分钟后，随炉温自然冷却；
G、聚晶金刚石复合片的后加工：采用磨床进行机械加工后得到聚晶金刚石复合片，使聚晶金刚石复合片的硬质合金基体2的直径稍大于安装槽的内径，硬质合金基体2直径公差为±0.01mm，高度公差为±0.05mm。
步骤（3）具体制作步骤为：聚晶金刚石复合片的硬质合金基体2镶嵌到安装槽内，采用过盈配合的镶嵌方式，过盈量控制在0.05mm；然后通过钎焊将硬质合金基体2与刀圈基体1焊接为一体，焊接温度为620℃-680℃，采用高强度的银焊料和粉状的银钎焊剂。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。