專利名稱：盾構機盤形滾刀刀圈及其制造方法
技術領域：
本發明屬于掘進機械上的部件，尤其涉及盾構機的滾刀刀圈。
背景技術：
盾構機是隧道施工的現代化專業設備，盤形滾刀是盾構機上用于切削巖石的刀具，它裝在刀盤上，在掘進時盤形滾刀刀圈被壓入巖石中，同時刀盤在旋轉裝置的驅動下帶動滾刀實現自轉和公轉，使刀盤在巖石上連續滾壓，完成對巖石的破碎和切割，目前國內用的刀圈常采用的材料為9Cr2Mo、6Cr4Mo2W2V、40CrNiMo；國外刀圈常采用的材料為X50CrWoV51(DIN)和4340(SAE)，這些滾刀刀圈存在耐磨性差或易斷裂等問題。
發明目的本發明的目的在于提供一種具有足夠硬度，并且耐磨性及耐沖擊性均好的盾構機盤形滾刀刀圈，同時還提供該刀圈的制造方法。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的這種盾構機盤形滾刀刀圈，其特征在于該刀圈的硬度HRC為55-57，沖擊值為ak18-20J/cm2，制造該滾刀刀圈材料的主要成份包括，C 0.38-0.45、Mn 0.4-0.8、Si 0.2-1.2、Cr 4.0-6.0、Mo 1.0-2.0、V 0.8-2.0、0.005≤P≤0.03、0.005≤S≤0.03及配量的Fe。
制造這種盤形滾刀刀圈的方法，是先將冶煉好的鑄錠制成圓棒，經下料后再經鍛造制成滾刀刀圈的毛坯、而后依次再經退火處理、車削、淬火處理、回火處理、磨削、檢測而成成品。
在退火處理中先將滾刀刀圈的毛坯加熱至870-890℃，而后保溫，保溫后再慢速降溫，當溫度降至730-750℃時，再經120-180分鐘保溫后，使其再慢速降溫，當溫度降至400℃時，將工件放入大氣中冷卻；在淬火處理中將經車削后的工件進行分段加熱，先加熱至650-700℃，經保溫后，再次加熱至1050-1060℃，再經保溫后將工件冷卻；回火處理分為兩次，在第一次回火處理中將經淬火后的工件加熱至550-560℃，經保溫后將工件冷卻，第二次加熱至500-510℃，再經保溫后將工件冷卻。
在退火處理中將滾刀刀圈的毛坯加熱至870-890℃后的保溫時間為240-300分鐘；經車削后的工件在淬火處理中，先加熱后保溫時間為60-90分鐘，再次加熱后保溫時間為60-90分鐘；在第一次回火處理中經加熱后的工件保溫時間為150-200分鐘；第二次加熱后工件的保溫時間為120-150分鐘。
在退火處理中慢速降溫的速度為0.5-2℃/min；在淬火處理中，經保溫后工件冷卻時的速度大于100℃/min，在回火處理中經保溫后將工件冷卻時的速度大于50℃/min。
由于本發明中滾刀刀圈材料的組分及制造方法保證了該刀圈的硬度HRC為55-57，沖擊值ak為18-20J/cm2，同時經測試得知它的抗拉強度為2010Mpa、屈服強度為1980Mpa、延伸率為7％、收縮率為9％，因此保證了該刀圈具有足夠硬度和耐磨性及耐沖擊性。
具體實施例方式
實施例1制造盾構機盤形滾刀刀圈的材料中主要成分為(按％重量計)C為0.38、Mn為0.4、Si為0.2、Cr為4、Mo為1.0、V為0.38、P為0.005、S為0.005及平衡量的Fe；上述材料在溫度為1600℃的爐中冶煉后制成鋼錠，而后制成圓棒料，把該棒料根據需要下料，然后鍛造成盾構機盤形滾刀刀圈的毛坯，把鍛造后的工件毛坯進行退火處理，在退火時應將工件放入爐內，加熱至870℃，而后在爐內對工件保溫240分鐘，然后再以2℃/min速度慢速降溫，當工件溫度降至730℃時，再保溫120分鐘，后工件仍以2℃/min的速度在爐內慢速降溫，當工件在爐內溫度降為400℃時，將工件放入大氣內繼續冷卻至室溫，把冷卻后的工件進行車削，經車削后再次對其做熱處理，在此種熱處理中，先進行淬火處理而后進行回火處理，淬火處理時應進行分段加熱，先將工件加熱至650℃，保溫60分鐘后，將工件進行再次加熱，使其再升溫至1050℃，再保溫60分鐘后使其以大于100℃/min的速度迅速冷卻至室溫；對冷卻至室溫的工件再做兩次回火處理，在第一次回火處理中把經淬火后的工件加熱至550℃，保溫150分鐘后使其冷卻降至室溫，冷卻速度大于50℃/min，經冷卻后的工件再做第二次回火處理，第二次回火處理時，工件加熱至500℃，保溫120分鐘后再使其冷卻至室溫，冷卻速度大于50℃/min；熱處理后的工件經清理后對其端面和內圓再進行磨削使其達到對滾刀刀圈尺寸和光潔度的要求，這些滾刀刀圈需再經探傷和硬度及耐沖擊性檢測，凡HRC為55-57、沖擊值ak為18J/cm2者即為成品。
實施例2此實施例中制造盾構機盤形滾刀刀圈的材料中主要成分為(按％重量計)C為0.45、Mn為0.8、Si為1.2、Cr為6、Mo為2.0、V為2.0、P為0.03、S為0.03及平衡量的Fe，上述材料在溫度為1600℃的爐中冶煉后制成鋼錠，而后制成圓棒料，把該棒料根據需要下料后鍛造成盾構機盤形滾刀刀圈的毛坯，把鍛造后的工件毛坯進行退火處理，在退火時應將工件放入爐內，加熱至890℃時，經保溫300分鐘后再以0.5℃/min速度慢速降溫，當工件溫度降至750℃時，再保溫180分鐘，而后工件仍以0.5℃/min的速度慢速降溫，當工件溫度降為400℃時，將工件放入大氣內繼續冷卻至室溫，把冷卻后的工件進行車削，經車削后的工件仍需對其做熱處理，在此種熱處理中，淬火處理時先將工件加熱至700℃，保溫90分鐘后，再次加熱使工件升溫至1060℃，保溫90分鐘后使其迅速冷卻至室溫，冷卻速度大于120℃/min；對冷卻至室溫的工件再做兩次回火處理，在第一次回火處理中把工件加熱至560℃，保溫200分鐘后使其降至室溫，在第二次回火處理中工件加熱至510℃保溫150分鐘后再使其降至室溫，兩次回火處理中，工件降溫速度均為70℃/min；熱處理后的工件經清理后對其端面和內圓再進行磨削使其達到對滾刀刀圈尺寸和光潔度的要求，這些滾刀刀圈需再經探傷和硬度及耐沖擊性檢測，凡HRC為55-57、沖擊值為20J/cm2者即為成品。
實施例3此實施例中制造盾構機盤形滾刀刀圈的材料中主要成分為(按％重量計)C為0.41、Mn為0.6、Si為0.8、Cr為5、Mo為1.5、V為1.6、P為0.02、S為0.02及平衡量的Fe，上述材料經冶煉制成鋼錠，再依次制成圓棒料及盤形滾刀刀圈的毛坯，把工件毛坯進行退火處理，在退火時應將工件先加熱至880℃，而后使工件保溫280分鐘，使工件以1.5℃/min的速度降溫，當工件溫度降至740℃再保溫160分鐘，而后工件仍以1.5℃/min的速度降溫，當工件溫度降為400℃時，將工件放入大氣內繼續冷卻至室溫，把冷卻后的工件進行車削，經車削后仍需對其做熱處理，在此種熱處理中，淬火處理時應先將工件加熱至680℃，保溫80分鐘后再升溫至1055℃，保溫80分鐘后使其迅速冷卻至室溫；冷卻速度應大于150℃/min，而后進行兩次回火處理，在第一次回火處理中把工件加熱至550℃，保溫180分鐘后使其降至室溫，在第二次回火處理中工件加熱至505℃保溫130分鐘后再使其降至室溫，兩次回火處理中，工件降溫速度均大于60℃/min；熱處理后的工件需經再加工和檢測，其要求與實施例1相同。
其他工藝條件也與實施例1相同。
實施例4此實施例中制造盾構機盤形滾刀刀圈的材料中主要成分為(按％重量計)C為0.38、Mn為0.8、Si為1.2、Cr為5、Mo為1.0、V為2.0、P為0.02、S為0.03及平衡量的Fe，上述材料經冶煉制成鋼錠，再依次制成圓棒料及盤形滾刀刀圈的毛坯，把工件毛坯進行退火處理時應將工件先加熱至870℃，而后使工件保溫300分鐘后，再使工件以1.5℃/min的速度降溫，當工件溫度降至740℃時，再保溫120分鐘，而后工件仍以1.5℃/min的速度降溫，當工件溫度降為400℃時，將工件放入大氣內繼續冷卻至室溫，把冷卻后的工件進行車削，經車削后的工件在淬火處理時應先將工件加熱至650℃，保溫80分鐘后再次加熱至1060℃，保溫60分鐘后使其迅速冷卻至室溫；冷卻速度均大于120℃/min，而后進行兩次回火處理，在第一次回火處理中把工件加熱至560℃，保溫190分鐘后使其降至室溫，在第二次回火處理中工件加熱至500℃保溫150分鐘后再使其降至室溫，兩次回火處理中，工件降溫速度均為80℃/min；熱處理后的工件需經再加工和檢測，其要求與實施例1相同；其他工藝條件也與實施例1相同。
本發明中退火處理中工件毛坯加熱后的保溫可在加熱爐內進行，也可在其他介質中進行；淬火處理中，工件冷卻時可在油中進行，也可在其他液態形介質中進行。對沖擊值測試時也可采用試棒。
權利要求
1.一種盾構機盤形滾刀刀圈，其特征在于該刀圈的硬度HRC為55-57，沖擊值為ak18-20J/cm2，制造該滾刀刀圈材料的主要成份包括，C 0.38-0.45、Mn 0.4-0.8、Si 0.2-1.2、Cr 4.0-6.0、Mo 1.0-2.0、V 0.8-2.0、0.005≤P≤0.03、0.005≤S≤0.03及配量的Fe。
2.制造如權利要求1中盤形滾刀刀圈的方法，其特征在于先將冶煉好的鑄錠制成圓棒，經下料后再經鍛造制成滾刀刀圈的毛坯、而后依次再經退火處理、車削、淬火處理、回火處理、磨削、檢測而成成品。
3.根據權利要求2所述的盤形滾刀刀圈的制造方法，其特征在于在退火處理中先將滾刀刀圈的毛坯加熱至870-890℃，而后保溫，保溫后再慢速降溫，當溫度降至730-750℃時，再經120-180分鐘保溫后，使其再慢速降溫，當溫度降至400℃時，將工件放入大氣中冷卻；在淬火處理中將經車削后的工件進行分段加熱，先加熱至650-700℃，經保溫后，再次加熱至1050-1060℃，再經保溫后將工件冷卻；回火處理分為兩次，在第一次回火處理中將經淬火后的工件加熱至550-560℃，經保溫后將工件冷卻，第二次加熱至500-510℃，再經保溫后將工件冷卻。
4.根據權利要求3所述的盤形滾刀刀圈的制造方法，其特征在于在退火處理中將滾刀刀圈的毛坯加熱至870-890℃后的保溫時間為240-300分鐘；經車削后的工件在淬火處理中，先加熱后保溫時間為60-90分鐘，再次加熱后保溫時間為60-90分鐘；在第一次回火處理中經加熱后的工件保溫時間為150-200分鐘；第二次加熱后工件的保溫時間為120-150分鐘。
5.根據權利要求3或4所述的盤形滾刀刀圈的制造方法，其特征在于在退火處理中慢速降溫的速度為0.5-2℃/min；在淬火處理中，經保溫后工件冷卻時的速度大于100℃/min，在回火處理中經保溫后將工件冷卻時的速度大于50℃/min。
全文摘要
一種盾構機盤形滾刀刀圈，它的硬度HRC為55－57，沖擊值為a
文檔編號C21D9/22GK1670235SQ20041001013
公開日2005年9月21日 申請日期2004年3月16日 優先權日2004年3月16日
發明者晁煥清, 廖鳴 申請人:中鐵隧道集團有限公司, 洛陽九久技術開發有限公司