斗齒用合金鋼及斗齒的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種斗齒用合金鋼及斗齒的制備方法，涉及機械制造領域，斗齒用合金鋼的化學成份按重量百分數計為：C：0.25-0.33，Si:0.30-0.80，Mn:0.85-1.25,Cr：0.70-1.10，納米級TiN：0.20-0.35，p≤0.030，S≤0.030；上述材料經熔煉澆鑄后得到鑄件，再經熱處理后即獲得斗齒。本發明專利技術熔煉時采用錳鐵和硅鐵預脫氧的同時加入Ca-Si合金；變質處理時加入納米級TiN；斗齒鑄件經高溫固溶球化退火處理。本發明專利技術解決斗齒材料成本高以及沖擊韌性差，易斷裂，使用壽命短的問題。

【技術實現步驟摘要】
斗齒用合金鋼及斗齒的制備方法
本專利技術涉及機械制造
，尤其是一種用于制造斗齒的合金鋼及斗齒的制備方法。
技術介紹
常用的斗齒為低合金材質，成分為：C：0.25%-0.35%，Si:0.30%-0.80%，Mn:0.80%-1.50%,S≤0.03%,p≤0.03%，Cr：0.50%-1.0%，Ni:0.40%-0.90%,Mo:0.25%-0.60%,含有比較高的Mo、Ni等貴重金屬，產品成本較高；鑄造工藝為水玻璃精密鑄造；利用中頻爐熔煉方法熔煉；正常的脫氧工藝加0.06%-0.10%的純鋁終脫氧，澆注溫度為1520℃-1580℃,沒有進行鋼水微合金化和變質處理。熱處理工藝為正火+淬火+回火或淬火+回火，正火溫度：860℃-910℃,淬火溫度：870℃-930℃，回火溫度：220℃-270℃；產品的機械性能為：抗拉強度σb:1100Mpa-1500Mpa,洛氏硬度（HRC）:44-54,斷后延伸率為：2%-5%，沖擊功（AKv）：8J-15J,沖擊韌性常常不理想，相當部分在10J以下或10J左右徘徊，在使用過程中斗齒的主要失效方式是斷裂，使用壽命在150小時-300小時之間，尤其是在礦石、采石場、鋼渣等工況下使用壽命更短，嚴重影響挖掘機、裝載機等工程機械的使用性能和生產效率。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種斗齒用合金鋼及斗齒的制備方法，它可以解決工程機械斗齒材料成本高以及沖擊韌性差，易斷裂，使用壽命短的問題。為了解決上述問題，本專利技術的技術方案是：這種斗齒用合金鋼包含有下列重量百分比組分的物質：C:0.25%-0.33%；Si:0.30%-0.80%；Mn:0.85%-1.25%；Cr:0.70%-1.10%；p≤0.030%；S≤0.030%；純度>97.0%，總氧含量<1.0%,晶型為立方結構，平均粒度20nm，加入量為0.20%-0.35%的納米級TiN。上述技術方案中，更為具體的方案可以是：C：0.25%；Si:0.78%；Mn:0.90%；Cr：1.0%；納米級TiN：0.30%。上述技術方案中，更為具體的方案還可以是：C：0.31%；Si:0.48%；Mn:1.15%；Cr：0.85%；納米級TiN：0.28%。這種斗齒的制備方法，其特征在于步驟如下：第一，熔煉鑄造：1）合金鋼原料熔煉預脫氧階段采用錳鐵、硅鐵預脫氧的同時，加入0.10%的Ca-Si合金脫氧劑，在終脫氧階段，加入0.15%-0.20%純鋁進行脫氧，控制鋼液中氧的含量在（17-26）×10-6區間內；鋼中化學成分按物質重量百分數計控制在C：0.25%-0.33%；Si:0.30%-0.80%；Mn:0.85%-1.25%；Cr：0.70%-1.10%；p≤0.030，S≤0.030；2）加入純度>97.0%，總氧含量<1.0%,晶型為立方結構，平均粒度20nm的納米級TiN，加入量為鋼水重量的0.20%-0.50%，放置于澆鑄鋼包底部；鋼水出爐溫度控制在1600℃-1630℃，澆鑄于斗齒鑄模即得到斗齒鑄件。第二，斗齒鑄件熱處理工藝：1）高溫固溶球化退火：將斗齒鑄件加熱到690℃-710℃保溫1小時后再繼續升溫到1040℃-1060℃，保溫后隨爐冷卻到890℃-910℃在空氣中冷卻；2）淬火工藝：將斗齒鑄件加熱至920℃-940℃，采用水溶性淬火液冷卻；3）回火工藝：將淬火后的斗齒鑄件加熱至210℃-220℃，保溫后空氣冷卻。由于采用上述技術方案，本專利技術具有如下有益效果：1、由于在配方中加入了納米TIN做變質劑，納米變質劑是以分散尺寸極細亦具有巨大表面能的納米材料為主體的特種添加劑，既能增加結晶核心，明顯地細化晶粒和改變基體組織結構，又能在組織中形成均勻分布硬質點，阻礙晶體滑移和磨損。因此，它能同時顯著地提高鋼鐵材料的強度、硬度、淬透性和韌性；本專利技術中TiN納米的作用是：第一，細晶強化：納米變質劑加入鋼液中，其中的TiN納米硬質微粒可以直接成為形核中心，大大增加成晶數量和細化晶粒尺寸，改善產品的硬度、韌性、抗粒、耐磨、淬透性等性能。第二，彌散強化：納米TiN，晶格為立方型，高熔點、高硬度，表面活性大，晶格匹配度高，顆粒分布均勻，可以自發地填補晶體和晶格中的缺陷，在組織中形成均勻分布的硬質點，阻礙晶體滑移和磨損，從而改善產品性能。第三，降低成本，增加效益，在保證和改善產品的使用性能的同時，可適當地減少或取消部分稀有貴重金屬的使用，降低成本，節約資源。2、熱處理工藝采用了高溫固溶球化退火為預處理工藝，能消除和減輕鑄鋼組織中的偏析、粒狀晶粒，使碳化物細小、均勻、顆粒狀，同時由于在碳化物細小、均勻、顆粒狀對基體切割作用，也使裂紋的形成功和裂紋擴展功増大，從而使沖擊韌性較大幅度地提高，碳化物分布均勻，也會使得淬火后的強度明顯提高。總之，由于使用納米TiN變質處理和高溫固溶球化退火預處理工藝，因而本專利技術的合金金相組織更細化均勻，碳化物細小、均勻、顆粒狀，消除了偏析和柱狀晶粒，所以，沖擊韌性提高了50%-80%，成本下降8%-12%。3、采用本專利技術批量生產后裝機實驗，斗齒因斷裂而失效的概率從0.4%下降到0.08%，斗齒的使用壽命由150小時-300小時提升到600小時-800小時，尤其是礦石、采石場、鋼渣等工況斗齒的使用壽命提高更為明顯。具體實施方式下面用實施例對本專利技術進一步詳述：一、實施例1：按如下步驟制備斗齒：第一，熔煉鑄造：1）合金鋼原料熔煉預脫氧階段采用錳鐵、硅鐵預脫氧的同時，加0.10%的Ca-Si合金脫氧劑，在終脫氧階段，增加0.15%-0.20%純鋁進行脫氧，控制鋼液中氧的含量在（17-26）×10-6區間內；取樣分析鋼水化學成分，按物質重量百分數計調整得到C：0.25%，Si:0.78%，Mn:0.90%,Cr：1.0%，p≤0.030，S≤0.030的鋼水；2）加入納米級TiN，加入量為鋼水重量0.30%，放置于澆鑄鋼包底部，利用出鋼時鋼水的沖擊力量進行充分攪拌；鋼水出爐溫度控制在1600℃-1630℃，澆鑄于斗齒鑄模即得到斗齒鑄件。第二，斗齒鑄件熱處理工藝：1）高溫固溶球化退火：將斗齒鑄件加熱到690℃-710℃保溫1小時后再繼續升溫到1040℃-1060℃，保溫后隨爐冷卻到890℃-910℃在空氣中冷卻；2）淬火工藝：將斗齒鑄件加熱至920℃-940℃，采用水溶性淬火液冷卻；3）回火工藝：將淬火后的斗齒鑄件加熱至210℃-220℃，保溫后空氣冷卻。二、實施例2：按如下步驟制備斗齒：第一，熔煉鑄造：1）合金鋼原料熔煉預脫氧階段采用錳鐵、硅鐵預脫氧的同時，加0.10%的Ca-Si合金，終脫氧時，增加0.15%-0.20%純鋁進行脫氧，控制鋼液中氧的含量在（17-26）×10-6區間內；取樣分析鋼水化學成分，按物質重量百分數計調整得到C：0.31%，Si:0.48%，Mn:1.15%,Cr：0.85%，p≤0.030，S≤0.030的鋼水；2）加入納米級TiN，加入量為鋼水重量0.28%，放置于澆鑄鋼包底部，利用出鋼時鋼水的沖擊力量進行充分攪拌；鋼水出爐溫度控制在1600℃-1630℃，澆鑄于斗齒鑄模即得到斗齒鑄件。第二，斗齒鑄件熱處理工藝：方法與實施例1相同。三、實施例本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種斗齒用合金鋼，其特征在于包含有下列重量百分比組分的物質：C:0.25%?0.33%；Si:0.30%?0.80%；Mn:0.85%?1.25%；?Cr:0.70%?1.10%；?p≤0.030%；S≤0.030%；純度>97.0%，總氧含量<1.0%,晶型為立方結構，平均粒度20nm，加入量為0.20%?0.35%的納米級TiN。

【技術特征摘要】
1.一種斗齒用合金鋼，其特征在于包含有下列重量百分比組分的物質：C:0.25%-0.33%；Si:0.30%-0.80%；Mn:0.85%-1.25%；Cr:0.70%-1.10%；p≤0.030%；S≤0.030%；純度>97.0%，總氧含量<1.0%,晶型為立方結構，平均粒度20nm，加入量為0.20%-0.35%的納米級TiN。2.根據權利要求1所述的斗齒用合金鋼，其特征在于：C：0.25%；Si:0.78%；Mn:0.90%；Cr：1.0%；納米級TiN：0.30%。3.根據權利要求1所述的斗齒用合金鋼，其特征在于：C：0.31%；Si:0.48%；Mn:1.15%；Cr：0.85%；納米級TiN：0.28%。4.一種斗齒的制備方法，其特征在于步驟如下：第一，熔煉鑄造：1）合金鋼原料熔煉時預脫氧階段采用錳鐵、硅鐵預脫氧的同時，加入0.10%的Ca-Si合金脫氧劑，在終脫氧階段，加入0.15%-...

【專利技術屬性】
技術研發人員：龍吉祥，
申請(專利權)人：柳州市友軍機械配件鑄造有限公司，
類型：發明
國別省市：廣西;45