挖掘机履带板用合金锰钢、挖掘机履带板及其制造方法 |
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| 申请号 | CN202210393936.X | 申请日 | 2022-04-15 | 公开(公告)号 | CN114934226B | 公开(公告)日 | 2023-03-17 |
| 申请人 | 太原重工股份有限公司; | 发明人 | 孙建昌; 张永强; 林盛; 李彩丽; 梁燕春; 吴超; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种挖掘机 履带 板用 合金 锰 钢 、挖掘机履带板及其制造方法，挖掘机履带板的制造方法包括：备料：在锰钢中添加 合金元素 铬、钼及铈，形成合金锰钢；挖掘机履带板 铸造 ：利用合金锰钢铸造履带板铸件；铸件 水 韧处理：将铸件升温至540℃～560℃并在该 温度 下进行3小时的细化保温，再将铸件升温至1070℃～1100℃后保温4～6小时后将铸件水冷；铸件时效处理：将铸件升温至340℃～360℃后在该温度下进行4小时的保温，保温完成后再将铸件空冷至室温；挖掘机履带板轨道面爆炸硬化处理：利用柔性贴片炸药对挖掘机履带板轨道面进行爆炸硬化处理。本发明通过优化挖掘机履带板的制造材料和工艺，改善了挖掘机履带板的材料性能，提升了挖掘机履带板的使用寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种挖掘机履带板用合金锰钢，其特征在于，所述挖掘机履带板用合金锰钢的化学成分按质量百分比控制为：碳1.05％～1.2％、锰12％～14％、磷≤0.06％、硫≤0.03％、硅 |
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| 说明书全文 | 挖掘机履带板用合金锰钢、挖掘机履带板及其制造方法技术领域[0001] 本发明属于挖掘机技术领域，具体涉及挖掘机履带板的制造材料和制造方法，尤其涉及一种挖掘机履带板用合金锰钢、挖掘机履带板及其制造方法。 背景技术[0002] 挖掘机是露天矿山采掘、剥离生产中主要使用的机械设备，在煤炭、矿石等开采领域中占据较为重要的地位。履带式挖掘机的行走机构由履带架、轮形件、以及串联成链的多件履带板等共同构成，在使用中起着支撑及行进的作用。履带板作为履带式挖掘机行走机构的关键部件，由于其数量多、重量大，而且承载力极大，一直是矿山采购及质控部门关注度极高的产品。同时，由于履带板直接与地面、矿石、泥砂、污水及其它矿坑物质接触，因此履带板不仅在强度、韧性上有极高要求，而且在耐磨、耐蚀性上也要求极高。 [0003] 目前挖掘机履带板多用锰钢材质制作，但现有技术中的锰钢履带板铸件在挖掘机上使用时，在磨料磨损的条件下耐磨性不足，在冲击载荷条件下易于发生开裂、断裂，例如，如履带板轨道面磨损严重后造成承载截面变薄而出现龟裂、剥落，以及履带板销耳部位在使用中开裂最终导致断裂等，从而导致履带板过早失效，严重影响到履带板的使用寿命，平均使用寿命不足10000小时，不能满足现场的使用需求，显著增加了更换及维护成本。 [0004] 因此，改善履带板的材料性能，改进履带板的制造工艺，以提升履带板产品质量，特别是提升履带板产品耐磨性能、延长使用寿命，是挖掘机履带板铸件产品亟待解决的问题。 发明内容[0005] 为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供了一种挖掘机履带板用合金锰钢、挖掘机履带板及其制造方法。 [0006] 在本发明的第一个方面，提供了一种挖掘机履带板用合金锰钢，所述挖掘机履带板用合金锰钢的化学成分按质量百分比控制为：碳1.05％～1.2％、锰12％～14％、磷≤0.06％、硫≤0.03％、硅0.3％～0.8％、铬0.3％～0.6％、钼0.8％～1.2％、铈0.4％、铁 81.71％～85.15％以及不可避免的杂质余量。 [0007] 在本发明的第二个方面，提供了一种挖掘机履带板的制造方法，所述挖掘机履带板制造方法包括如下步骤： [0008] 备料：在锰钢中添加合金元素铬、钼及铈，形成合金锰钢，所述合金锰钢的化学成分按质量百分比控制为：碳1.05％～1.2％、锰12％～14％、磷≤0.06％、硫≤0.03％、硅0.3％～0.8％、铬0.3％～0.6％、钼0.8％～1.2％、铈0.4％、铁81.71％～85.15％以及不可避免的杂质余量； [0009] 挖掘机履带板铸造：利用所述合金锰钢铸造履带板铸件； [0010] 铸件水韧处理：将挖掘机履带板铸件以不超过40℃/h的升温速度升温至540℃～560℃，然后在540℃～560℃的温度下进行3小时的细化保温，细化保温完成后，再将挖掘机履带板铸件升温至1070℃～1100℃后保温4～6小时，保温结束后，将挖掘机履带板铸件进行水冷； [0011] 铸件时效处理：将挖掘机履带板铸件升温至340℃～360℃，然后在340℃～360℃的温度下进行4小时的保温，保温完成后，再将挖掘机履带板铸件空冷至室温； [0012] 挖掘机履带板轨道面爆炸硬化处理：利用柔性贴片炸药对挖掘机履带板轨道面进行爆炸硬化处理。 [0013] 进一步地，在上述挖掘机履带板的制造方法中，在挖掘机履带板铸造步骤中，采用模框+实样+下芯的造型方法，将挖掘机履带板轨道面作为工艺底面以及将挖掘机履带板驱动块作为工艺侧面进行设置；将浇注系统设置为全开放式，浇道面积按照ΣF包:ΣF直:ΣF横:ΣF内＝1:2:2.2:2.4设置，其中ΣF包、ΣF直、ΣF横、ΣF内分别为浇包包孔总截面积、直浇道总截面积、横浇道总截面积、内浇道总截面积；在挖掘机履带板铸件中部热节最大的轨道上端设置一个大冒口，同时在挖掘机履带板铸件两侧分散热节处采用大冒口高压力集中补缩的方式进行补缩。 [0014] 进一步地，在上述挖掘机履带板的制造方法中，在铸件水韧处理步骤中，水冷全程的水温控制为不超过37℃，并且在水冷过程中进行循环搅拌。 [0015] 进一步地，在上述挖掘机履带板的制造方法中，在铸件水韧处理步骤中，在550℃的温度下进行细化保温。 [0016] 进一步地，在上述挖掘机履带板的制造方法中，在挖掘机履带板轨道面爆炸硬化处理步骤中，进行两次爆炸硬化处理。 [0017] 进一步地，上述挖掘机履带板的制造方法还包括铸件抛丸处理及PT检测步骤，所述铸件抛丸处理及PT检测步骤在铸件时效处理步骤之后、挖掘机履带板轨道面爆炸硬化处理步骤之前进行。 [0018] 在本发明的第三个方面，提供了一种挖掘机履带板，所述挖掘机履带板利用上述挖掘机履带板的制造方法生产制得。 [0019] 与现有技术相比，本发明的挖掘机履带板用合金锰钢、挖掘机履带板及其制造方法具有如下优点和有益效果：通过优化挖掘机履带板的制造材料和制造工艺，改善了挖掘机履带板的材料性能，提高了挖掘机履带板的产品性能，提升了挖掘机履带板的使用寿命，降低了挖掘机履带板的损耗，实现工矿企业长寿命、低成本、低消耗运行。附图说明 [0020] 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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0021] 图1(a)是挖掘机履带板的结构示意图； [0022] 图1(b)是沿图1(a)中T‑T的部分剖视图； [0023] 图2是本发明的挖掘机履带板制造方法中水韧处理步骤的工艺时序图； [0024] 图3是本发明的挖掘机履带板制造方法中时效处理步骤的工艺时序图。 具体实施方式[0025] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 本发明的挖掘机履带板用合金锰钢是在锰钢中添加合金元素Cr、Mo及Ce所形成的一种合金锰钢，该挖掘机履带板用合金锰钢的化学成分按质量百分比控制为：碳(C)1.05％～1.2％、锰(Mn)12％～14％、磷(P)≤0.06％、硫(S)≤0.03％、硅(Si)0.3％～0.8％、铬(Cr)0.3％～0.6％、钼(Mo)0.8％～1.2％、铈(Ce)0.4％、铁(Fe)81.71％～85.15％以及不可避免的杂质余量。 [0027] 本发明的挖掘机履带板用合金锰钢显著改善了传统锰钢的性能，对锰钢材质进行了变质处理，可以提高以该合金锰钢为原料的挖掘机履带板铸件产品的晶粒度级别，改善了挖掘机履带板铸件产品夹杂物的形态、分布、数量及大小，并最终提高了履带板的材料性能，提升了履带板的产品质量和使用寿命。 [0028] 本发明的挖掘机履带板制造方法包括如下步骤： [0029] (一)备料 [0030] 在传统锰钢中添加合金元素Cr、Mo及Ce，形成合金锰钢，该合金锰钢的化学成分按质量百分比控制为：碳(C)1.05％～1.2％、锰(Mn)12％～14％、磷(P)≤0.06％、硫(S)≤0.03％、硅(Si)0.3％～0.8％、铬(Cr)0.3％～0.6％、钼(Mo)0.8％～1.2％、铈(Ce)0.4％、铁(Fe)81.71％～85.15％以及不可避免的杂质余量。 [0031] (二)挖掘机履带板铸造 [0032] 利用上述合金锰钢铸造履带板铸件，挖掘机履带板铸件如图1(a)和图1(b)所示，在挖掘机履带板铸造步骤中，采用模框+实样+下芯的造型方法，将轨道面1作为工艺底面以及将驱动块2.1和2.2作为工艺侧面进行设置，以利于铸件组织的致密度提升；为了确保金属液充型能力，将浇注系统设置为全开放式，浇道面积按照ΣF包:ΣF直:ΣF横:ΣF内＝1:2:2.2:2.4设置，其中ΣF包、ΣF直、ΣF横、ΣF内分别为浇包包孔总截面积、直浇道总截面积、横浇道总截面积、内浇道总截面积；在铸件中部热节最大的轨道面上端设置一个大冒口，同时在铸件两侧分散热节处也采用大冒口高压力集中补缩的方式进行补缩。 [0033] (三)铸件水韧处理 [0034] 对挖掘机履带板铸件进行水韧处理，如图2所示，首先将挖掘机履带板铸件以不超过40℃/h的升温速度升温至540℃～560℃，然后在540℃～560℃的温度下进行3小时的细化保温，细化保温完成后，再将挖掘机履带板铸件升温至1070℃～1100℃后保温4～6小时，最后，在保温结束后，将挖掘机履带板铸件进行水冷，其中，水冷全程的水温控制为不超过37℃，并且需要在水冷过程中进行循环搅拌。优选地，在铸件水韧处理步骤中，细化保温在 550℃的温度下进行。通过细化保温，可以细化铸件组织晶粒。 [0035] (四)铸件时效处理 [0036] 对水韧处理后的挖掘机履带板铸件进行时效处理，如图3所示，首先将挖掘机履带板铸件升温至340℃～360℃，然后在340℃～360℃的温度下进行4小时的保温，保温完成后，再将挖掘机履带板铸件空冷至室温。通过时效处理，可以对铸件基体进行弥散强化。 [0037] (五)铸件抛丸处理及PT检测 [0038] 对时效处理后的挖掘机履带板铸件进行抛丸处理，然后对挖掘机履带板铸件的轨道面部位进行PT(渗透)探伤检测。 [0039] (六)挖掘机履带板轨道面爆炸硬化处理 [0040] 利用柔性贴片炸药对挖掘机履带板轨道面进行爆炸硬化处理。根据需要，为了保证轨道面硬化层深度，可以进行两次爆炸硬化处理。 [0041] 通过上述工艺步骤，完成合金锰钢材质的挖掘机履带板的制造。 [0042] 本发明基于材料的合金强化机理，通过在锰钢中按特定份额添加合金元素Cr、Mo及Ce形成挖掘机履带板用合金锰钢，改进锰钢材料的起始硬度和冲击硬化能力；通过增设了细化保温的铸件水韧处理工艺，改善挖掘机履带板铸件的组织形态和晶粒度水平，经实际检测，铸件晶粒度级别可提高1‑2级；通过两次爆炸硬化处理，挖掘机履带板轨道面的硬度值可由起始的不足HB220提高至HB350以上，并有效改善了挖掘机履带板使用过程中的冲击硬化特性。 [0043] 综上所述，与现有技术相比，本发明通过优化挖掘机履带板的制造材料和制造工艺，改善了挖掘机履带板的材料性能，提高了挖掘机履带板的产品性能，提升了挖掘机履带板的使用寿命，降低了挖掘机履带板的损耗，实现工矿企业长寿命、低成本、低消耗运行。 [0044] 需要说明的是，在本文中，术语“包括”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物品或者设备不仅包括那些要素，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物品或者设备所固有的要素。 [0045] 还需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的范围。 |
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