一种铲齿及其制备方法与流程

1.本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种铲齿及其制备方法。


背景技术：

2.铲车是常见的工程机械车辆，其前端的铲齿是重要部件，也是易损件。现阶段，铲齿一般采用低合金钢铸造而成，而低合金钢往往韧性很好，但是强度、硬度不够，不耐磨，其使用寿命一直不长久。cadi为含碳化物等温淬火球墨铸铁，是一种由球墨铸铁通过等温淬火热处理得到的以奥铁体为主要基体的铸造合金，其铸造性能好、密度小、成本低，同时，cadi铸件在高冲击的使用条件下，表面会逐层出现加工硬化，体现出极佳的耐磨性，目前已被用作铲齿材料，但是铲齿的使用条件十分恶劣，在使用过程中受到强烈的磨料磨损，还要承受一定的冲击载荷，受力复杂且周期变化，对耐磨性的要求较高，用其制成的铲齿仍存在耐磨和冲击韧性不足的缺陷，限制了其应用。因此，研制出一种耐磨性能强、冲击韧性高的铲齿具有重要意义。


技术实现要素：

3.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种铲齿及其制备方法，所述制备方法过程简单，得到的铲齿硬度高、冲击韧性好、耐磨性能优异、使用寿命长。
4.本发明提出的一种铲齿的制备方法，包括以下步骤：
5.s1、选择原料，将选择的原料熔炼，出炉后得到铁水；其中，所述铁水的组成成分按重量百分比包括：c：3.2
‑
3.5％、mn：0.3
‑
1.2％、si：2.34
‑
2.55％、cr：0.45
‑
0.55％、al：0.11
‑
0.15％、mo：0.2
‑
0.5％、cu：0.4
‑
0.8％、ni：0.4
‑
0.8％、sb：0.025
‑
0.042％、v：0.1
‑
0.38％、余量为铁；
6.s2、将铁水进行球化处理和孕育处理，扒渣，降至1350
‑
1380℃后浇注得到铲坯；
7.s3、将得到的铲坯进行热处理得到所述铲齿；其中，所述热处理包括以下步骤：升温至950
‑
1100℃，保温10
‑
30min，空冷至室温，然后升温至t℃保温tmin，其中，t＝870
‑
910，t＝80
‑
110，然后放入温度为220
‑
300℃的硝酸盐溶液中保温100
‑
200min，室温下水淬30
‑
45min后在
‑
200℃至
‑
190℃的液氮中冷却100
‑
150min，放置至室温。
8.优选地，在s1中，所述出炉的温度为1480
‑
1525℃。
9.优选地，在s1中，所述铁水的组成成分中，cu、si、mn、cr、mo的重量百分比满足以下关系式：cu si≥3
×
mn cr 1.5
×
mo 0.3％。
10.优选地，在s2中，所述球化采用球化站喂线球化；球化时同时加入纳米sic
‑
tin陶瓷颗粒，且纳米sic
‑
tin陶瓷颗粒的添加重量为铁水重量的0.01
‑
0.1％。
11.优选地，在s2中，浇注时随流加入si
‑
ba孕育剂，且si
‑
ba孕育剂的添加重量为铁水重量的0.1
‑
0.3％。
12.优选地，在s3中，t与t满足以下关系式：435≤t
‑
4.3
×
t≤510。
13.优选地，在s3中，升温至950
‑
1100℃的过程中，升温速度为55
‑
70℃/h；升温至t℃
的过程中，升温速度为80
‑
95℃/h。
14.优选地，在s3中，放入温度为220
‑
240℃的硝酸盐溶液中保温20
‑
30min，然后放入温度为255
‑
270℃的硝酸盐溶液中保温30
‑
45min，然后放入温度为280
‑
300℃的硝酸盐溶液中保温30
‑
50min。
15.优选地，铁水的组成成分中，p≤0.05％、s≤0.03％。
16.优选地，在s3中，升温至t℃保温tmin之后，放入温度为220
‑
300℃的硝酸盐溶液中保温之前，还包括多次循环进行的淬火液
‑
空交替淬火。
17.本发明还提出的一种铲齿，采用所述铲齿的制备方法制备而成。
18.本发明所述铲齿的制备方法中，其组成中具体加入了cr、al、mo、cu、ni、sb、v等元素，并优化了各元素的比例，使浇注后的铲齿强度和硬度高、耐磨性和淬透性好，之后经过特殊的处理后其金相组织转变为奥铁体、碳化物和石墨球，且调节了各组织的形态以及含量，使所得铲齿的冲击韧性好，硬度高，赋予铲齿优异的耐磨性和强韧性，满足铲齿特殊的工作环境的要求；在制备过程中，升温至950
‑
1100℃，保温10
‑
30min进行预处理，使其冲击性能显著提高，选择了合适的奥氏体化温度，并使奥氏体化温度t和时间t满足关系式435≤t
‑
4.3
×
t≤510，同时使cu、si、mn、cr、mo的重量百分比满足关系式cu si≥3
×
mn cr 1.5
×
mo 0.3％，调节了碳在奥氏体中的溶解量，得到均匀的奥氏体组织且奥氏体晶粒没有出现长大的现象；控制了等温淬火的工艺参数，并在液氮环境中进行处理，影响了奥氏体的转变过程，调节了其最终的组织和性能，消除了残余奥氏体，高硬度的马氏体量增多，且组织更加细化，进一步提高了所得铲齿的硬度和耐磨性。
19.本发明制备得到的铲齿的硬度在63hrc以上，冲击韧性达到27j/cm2以上，抗拉强度在1850mpa以上，满足铲齿特殊的工作环境的要求；耐磨测试参考astm g65标准进行，经测试可知耐磨性在130
‑
150％之间。
具体实施方式
20.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
21.实施例1
22.本发明提出的一种铲齿的制备方法，包括以下步骤：
23.s1、选择原料，将选择的原料熔炼，出炉后得到铁水；其中，所述出炉的温度为1480℃；所述铁水的组成成分按重量百分比包括：c：3.5％、mn：0.3％、si：2.55％、cr：0.45％、al：0.15％、mo：0.2％、cu：0.8％、ni：0.4％、sb：0.042％、v：0.18％、余量为铁；
24.s2、将铁水进行球化处理和孕育处理，扒渣，降至1350℃后浇注得到铲坯；
25.s3、将得到的铲坯进行热处理得到所述铲齿；其中，所述热处理包括以下步骤：以55℃/h的速度升温至950℃，保温30min，空冷至室温，然后以80℃/h的速度升温至870℃保温110min，然后放入温度为225℃的硝酸盐溶液中保温200min，室温下水淬45min后在
‑
196℃的液氮中冷却100min，放置至室温。
26.实施例2
27.本发明提出的一种铲齿的制备方法，包括以下步骤：
28.s1、选择原料，将选择的原料熔炼，出炉后得到铁水；其中，所述出炉的温度为1525℃；所述铁水的组成成分按重量百分比包括：c：3.2％、mn：0.3％、si：2.34％、cr：0.55％、
al：0.11％、mo：0.5％、cu：0.4％、ni：0.8％、sb：0.027％、v：0.38％、余量为铁；
29.s2、将铁水进行球化处理和孕育处理，扒渣，降至1380℃后浇注得到铲坯；
30.s3、将得到的铲坯进行热处理得到所述铲齿；其中，所述热处理包括以下步骤：以70℃/h的升温速度升温至1100℃，保温10min，空冷至室温，然后以95℃/h的升温速度升温至910℃保温95min，然后放入温度为220℃的硝酸盐溶液中保温180min，室温下水淬30min后在
‑
190℃的液氮中冷却150min，放置至室温。
31.实施例3
32.本发明提出的一种铲齿的制备方法，包括以下步骤：
33.s1、选择原料，将选择的原料熔炼，出炉后得到铁水；其中，所述出炉的温度为1480℃；所述铁水的组成成分按重量百分比包括：c：3.3％、mn：0.6％、si：2.4％、cr：0.45％、al：0.14％、mo：0.29％、cu：0.65％、ni：0.49％、sb：0.025％、v：0.1％、余量为铁；
34.s2、将铁水进行球化处理和孕育处理，扒渣，降至1370℃后浇注得到铲坯；
35.s3、将得到的铲坯进行热处理得到所述铲齿；其中，所述热处理包括以下步骤：以70℃/h的升温速度升温至955℃，保温20min，空冷至室温，然后以80℃/h的升温速度升温至885℃保温100min，然后放入温度为300℃的硝酸盐溶液中保温100min，室温下水淬40min后在
‑
200℃的液氮中冷却120min，放置至室温。
36.实施例4
37.本发明提出的一种铲齿的制备方法，包括以下步骤：
38.s1、选择原料，将选择的原料熔炼，出炉后得到铁水；其中，所述出炉的温度为1525℃；所述铁水的组成成分按重量百分比包括：c：3.3％、mn：0.4％、si：2.38％、cr：0.5％、al：0.12％、mo：0.43％、cu：0.48％、ni：0.7％、sb：0.03％、v：0.19％、余量为铁；
39.s2、将铁水进行球化处理和孕育处理，扒渣，降至1355℃后浇注得到铲坯；
40.s3、将得到的铲坯进行热处理得到所述铲齿；其中，所述热处理包括以下步骤：以55℃/h的升温速度升温至1050℃，保温15min，空冷至室温，然后以95℃/h的升温速度升温至894℃保温95min，然后放入温度为240℃的硝酸盐溶液中保温30min，然后放入温度为255℃的硝酸盐溶液中保温45min，再放入温度为300℃的硝酸盐溶液中保温50min，室温下水淬30min后在
‑
200℃的液氮中冷却140min，放置至室温。
41.实施例5
42.本发明提出的一种铲齿的制备方法，包括以下步骤：
43.s1、选择原料，将选择的原料熔炼，出炉后得到铁水；其中，所述出炉的温度为1490℃；所述铁水的组成成分按重量百分比包括：c：3.5％、mn：0.4％、si：2.4％、cr：0.53％、al：0.12％、mo：0.2％、cu：0.49％、ni：0.67％、sb：0.03％、v：0.36％、余量为铁；
44.s2、将铁水进行球化处理和孕育处理，扒渣，降至1370℃后浇注得到铲坯；其中，所述球化采用球化站喂线球化；球化时同时加入纳米sic
‑
tin陶瓷颗粒，且纳米sic
‑
tin陶瓷颗粒的添加重量为铁水重量的0.01％；浇注时随流加入si
‑
ba孕育剂，且si
‑
ba孕育剂的添加重量为所述铁水重量的0.3％；
45.s3、将得到的铲坯进行热处理得到所述铲齿；其中，所述热处理包括以下步骤：以65℃/h的升温速度升温至1080℃，保温15min，空冷至室温，然后以87℃/h的升温速度升温至896℃保温90min，然后放入温度为220℃的硝酸盐溶液中保温30min，然后放入温度为255
℃的硝酸盐溶液中保温45min，然后放入温度为280℃的硝酸盐溶液中保温30min，室温下水淬30min后在
‑
195℃的液氮中冷却110min，放置至室温。
46.实施例6
47.本发明提出的一种铲齿的制备方法，包括以下步骤：
48.s1、选择原料，将选择的原料熔炼，出炉后得到铁水；其中，所述出炉的温度为1520℃；所述铁水的组成成分按重量百分比包括：c：3.3％、mn：0.36％、si：2.5％、cr：0.45％、al：0.14％、mo：0.28％、cu：0.73％、ni：0.48％、sb：0.04％、v：0.18％、余量为铁；
49.s2、将铁水进行球化处理和孕育处理，扒渣，降至1355℃后浇注得到铲坯；其中，所述球化采用球化站喂线球化；球化时同时加入纳米sic
‑
tin陶瓷颗粒，且纳米sic
‑
tin陶瓷颗粒的添加重量为铁水重量的0.1％；浇注时随流加入si
‑
ba孕育剂，且si
‑
ba孕育剂的添加重量为所述铁水重量的0.1％；
50.s3、将得到的铲坯进行热处理得到所述铲齿；其中，所述热处理包括以下步骤：以60℃/h的升温速度升温至950℃，保温25min，空冷至室温，然后以92℃/h的升温速度升温至891℃保温102min，然后放入温度为240℃的硝酸盐溶液中保温20min，然后放入温度为270℃的硝酸盐溶液中保温30min，然后放入温度为300℃的硝酸盐溶液中保温50min，室温下水淬45min后在
‑
200℃的液氮中冷却120min，放置至室温。
51.实施例7
52.本发明提出的一种铲齿的制备方法，包括以下步骤：
53.s1、选择原料，将选择的原料熔炼，出炉后得到铁水；其中，所述出炉的温度为1500℃；所述铁水的组成成分按重量百分比包括：c：3.5％、mn：0.6％、si：2.5％、cr：0.5％、al：0.13％、mo：0.28％、cu：0.6％、ni：0.65％、sb：0.035％、v：0.27％、余量为铁；
54.s2、将铁水进行球化处理和孕育处理，扒渣，降至1375℃后浇注得到铲坯；其中，所述球化采用球化站喂线球化；球化时同时加入纳米sic
‑
tin陶瓷颗粒，且纳米sic
‑
tin陶瓷颗粒的添加重量为铁水重量的0.08％；浇注时随流加入si
‑
ba孕育剂，且si
‑
ba孕育剂的添加重量为所述铁水重量的0.2％；
55.s3、将得到的铲坯进行热处理得到所述铲齿；其中，所述热处理包括以下步骤：以59℃/h的升温速度升温至990℃，保温22min，空冷至室温，然后以87℃/h的升温速度升温至909℃保温110min，然后放入温度为270℃的硝酸盐溶液中保温180min，室温下水淬38min后在
‑
190℃的液氮中冷却130min，放置至室温。
56.本发明还提出的一种铲齿，采用所述铲齿的制备方法制备而成。
57.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。