一種盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝的製作方法

2023-06-12 01:59:21

一種盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝。對普通中碳合金鋼42CrMo進行合金化設計，得到滿足盾構機3m軸承套圈的用鋼；用該鋼生產的軸承套圈毛坯，加熱到一定溫度保溫一定時間，然後油冷到室溫，再在一定溫度下進行高溫回火，保溫一定時間，取出空冷至室溫；將經機加工後的套圈表面以一定加熱速度進行感應加熱到一定溫度淬火。該實驗鋼採用該工藝處理後，盾構機軸承套圈表面淬硬層組織為隱晶馬氏體，基體組織為回火索氏體；表面具有較高的硬度，均值為57.9HRC；心部具有良好的韌性，-20℃衝擊韌性AKv均值為115J，以及適宜的硬度，均值為293HB。從而能夠滿足盾構機3m軸承套圈用鋼綜合力學性能的要求。
【專利說明】一種盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝
[0001]

【技術領域】 本發明屬於金屬材料領域，是一種盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝，具體涉及一種盾 構機3m軸承套圈用鋼綜合力學性能的成分設計以及熱處理工藝。
[0002]

【背景技術】 目前，我國經濟處於持續高速發展時期，由於工業化進程及基礎設施建設的需要，大量 的交通隧洞、城市地下鐵道、供排水隧道和電纜隧道等工程已建、在修或正在規劃之中。盾 構機是盾構施工中的主要施工機械，盾構機軸承套圈作為盾構機軸承的主要部件，服役方 式為低速重載，轉速不高的情況下，承受較大的軸向、徑向負荷以及傾覆力矩。因此，在具備 高的疲勞強度、硬度、抗壓強度、彈性極限、耐磨性以及耐腐蝕性能等性能基礎上，還需要具 備高的淬透性、淬硬性以及一定的衝擊靭性。根據國內外對於大型低速重載軸承套圈用鋼 的使用情況，一般選用中碳合金軸承鋼。中碳合金鋼一般採用42CrMo,可以滿足小尺寸盾構 機軸承套圈用鋼的使用，而對於大尺寸盾構機軸承套圈用鋼則需要進行合金化設計。
[0003] 由於盾構機特殊的工作環境，對於盾構機軸承套圈有著較高的要求。對於3m 軸承套圈，其基體整體調質硬度需要在260HB?310ΗΒ，調質後的-20°C低溫靭性平均值 Akv彡42J，接觸滾道表面淬火硬度為57HR(T62HRC，同時具有一定的淬硬層。合理的熱處理 工藝是保證盾構機軸承套圈用鋼綜合性能的重要手段。目前對於滿足盾構機3m軸承套圈 性能的用鋼以及熱處理工藝研究未見報導。
[0004]


【發明內容】
為了解決上述問題，本發明的目的是提供一種能夠讓軸承套圈表面具有較高的硬度， 心部具有良好的韌性和適宜的硬度的盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝。
[0005] 本發明的技術方案是：一種盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝，其主要工藝流程 為：鋼的成分設計一軸承套圈毛坯準備一淬火一回火一表面感應淬火，其中： (1)成分設計：依據GB/T 3077-1999,將中碳合金鋼42CrMo的化學成分質量百分 比為：〇· 38%?0· 45%C、0. 17%?0· 37%Si、0_ 50%?0· 80%Μη、0· 90%?1· 20%Cr、0_ 15%?0· 25%Mo、 Ni彡0· 030%、P彡〇· 〇35%、S < 0· 〇35%、Cu彡0· 〇3〇%，餘量為Fe及不可避免雜質，將其中 的Ni含量增加到1. 49%，Cr含量降低至0. 76%，原始坯料經過變形後得到軸承套圈毛坯，備 用； 上述技術方案中，所述的鋼中Ni含量增加至1. 149, Cr含量降低至0· 76%。可以提高 鋼的淬透性，提高淬硬層深度，同時還可以提高鋼的衝擊初性，並起到一定程度的細化晶粒 作用，提高鋼的淬火硬度。
[0006] (2)淬火工藝：奧氏體化加熱溫度8〇〇°C?85〇°C，保溫時間1. 5min/mnT3· Omin/mm ; 油淬到室溫，如圖1所示。
[0007] 上述技術方案中，所述的加熱溫度為8〇〇°C?850°C。奧氏體化加熱溫度主要根據 鋼的相變臨界點確定，亞共析鋼通常加熱到Ac 3以上30°C?50°C。加熱溫度過低，奧氏體化 不充分，而過高導致奧氏體晶粒粗化，均不利於獲得目標組織和性能。
[0008] 上述技術方案中，所述的保溫時間為1. 5min/mnT3. Omin/mm。保溫時間過短，奧氏 體化不充分，過長則導致奧氏體晶粒粗化，同樣均不利於獲得目標組織和性能。
[0009] (3)回火工藝：回火加熱溫度58〇°C飛5〇°C，保溫時間汕，回火後空冷至室溫，如圖 1所示。
[0010] 上述技術方案中，所述的加熱溫度為580°C飛50°C。盾構機軸承套圈基體主要為 調質態，從而保證高的衝擊韌性，因此採用高溫回火。回火溫度過低，鋼的韌性不夠，而過高 導致調質後的硬度下降，均不能滿足目標性能。
[0011] 上述技術方案中，所述的保溫時間為3h。
[0012] (4)表面感應淬火工藝：將機加工後的套圈進行表面感應加熱淬火，加熱速度為 100°C /s?300°C /s,加熱溫度到900°C?950°C保溫3s，以80°C /s?100°C /s的冷卻速度淬火 至室溫，如圖2所示。
[0013] 上述技術方案中，所述的加熱速度為l〇〇°C /s?300°C /s。加熱速度過慢，導致奧氏 體晶粒粗化，硬度不足，而過快導致表面的淬硬層太淺，均不能滿足目標性能。
[0014] 上述技術方案中，所述的加熱溫度為900°C?95〇°C,保溫3s。加熱溫度過低，奧氏 體化不充分，而過高導致奧氏體晶粒粗化，均不利於獲得目標性能。
[0015] 上述技術方案中，所述的冷卻速度為8〇°C/s~100°C/s。冷卻速度過慢，淬火後硬 度不足，而過快導致淬火開裂，均不能滿足目標性能。
[0016] 本發明有益效果是：由於採用上述技術方案，本發明通過進行合金化設計，可以滿 足淬透性的同時，還可以保證鋼的衝擊韌性；基體的淬火和回火工藝，保證基體具有較高的 衝擊韌性，同時具有合適的硬度；表面感應淬火工藝，合理的工藝保證軸承套圈表面有較高 的硬度，同時不會導致淬火開裂現象。盾構機軸承套圈表面淬硬層組織為隱晶馬氏體，基體 組織為回火索氏體；表面具有較高的硬度，均值為57. 9HRC ;心部具有良好的韌性，-20°C衝 擊靭性AKV均值為115J ;以及適宜的硬度，均值為293HB。從而能夠滿足盾構機3m軸承套 圈用鋼綜合力學性能的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明調質熱處理工藝示意圖。
[0018] 圖2是本發明表面淬火熱處理工藝示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 下面結合具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。
[0020] 實施例： 一種進行合金化設計後的軸承套圈用鋼，具有如下的質量百分比化學成分：0· 39%C、 0· 26%Si、0_ 64%Μη、0· 76%Cr、l_ 49%Ni、0. 〇6%Cu、0. 19%Μ〇、0· 014%P、0. 002%S,餘量為 Fe。
[0021] 實施例採用的熱處理工藝參數如表1所示。熱處理調質態的衝擊軔性和硬度以及 表面感應淬火後硬度如表2所示。可以看出，基體-20°c衝擊韌性AK V均值為115J、基體硬 度均值為293ΗΒ、表面淬火硬度均值為57. 9HRC。可見，通過該成分設計以及熱處理工藝後， 其基體韌性、硬度以及表面感應淬火硬度均能滿足盾構機3m軸承套圈用鋼的性能要求。
[0022] 表1實施例採用的熱處理工藝參數

【權利要求】
1. 一種盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝，其特徵在於，該工藝對普通中碳合金鋼 42CrMo進行合金化設計，得到滿足盾構機3m軸承套圈的用鋼；用該鋼生產的軸承套圈毛 坯，加熱到一定溫度保溫一定時間，然後油冷到室溫，再在一定溫度下進行高溫回火，保溫 一定時間，取出空冷至室溫；將經機加工後的套圈表面以一定加熱速度進行感應加熱到一 定溫度淬火。
2. 根據權利要求1所述的盾構機3m軸承套圈用鋼的熱處理工藝，其特徵在於，該方法 包括以下步驟： (1) 依據GB/T 3077-1999,將中碳合金鋼42CrM〇的化學成分質量百分比為： 0· 389Γ0. 45%C、0. 179ΓΟ. 37%Si、0. 509Γ0. 80%Μη、0· 909Γ1. 20%Cr、0. 159ΓΟ. 25%Mo、 Ni < 0. 030%、P < 0. 035%、S < 0. 035%、Cu < 0. 030%，餘量為 Fe 及不可避免雜質，將其中 的Ni含量增加到1. 49%，Cr含量降低至0. 76%，原始坯料經過變形後得到軸承套圈毛坯，備 用； (2) 將步驟1得到的軸承套圈毛坯加熱直至充分奧氏體化，奧氏體化加熱溫度為 800°C ?850°C,保溫時間為 1. 5min/mm?3. Omin/mm ； (3) 淬火工藝：將經過步驟2充分奧氏體化後的套圈毛坯先進行油淬，油淬到室溫； (4) 回火工藝：步驟（3)處理後的套圈毛坯再進行高溫回火處理，加熱溫度為 580°C?650°C，保溫時間為3h ; (5) 表面淬火工藝：將經過步驟4處理後套圈毛坯機加工後得到套圈進行表面感應加 熱淬火，加熱速度為l〇〇°C /s?300°C /s，加熱溫度到900°C?950°C，保溫3s，再以80°C / S~100°C /s的冷卻速度淬火至室溫，即得到滿足性能要求的盾構機3m軸承套圈。
3. 根據權利要求2所述的盾構機3m軸承套圈的熱處理工藝，其特徵在於：得到的盾構 機3m軸承套圈的表面具有較高的硬度，均值為57. 9HRC ;心部具有良好的韌性，-20°C衝擊 韌性AKV均值為115J，以及適宜的硬度，均值為293HB，從而能夠滿足盾構機3m軸承套圈用 鋼綜合力學性能的要求。
【文檔編號】C21D9/40GK104232875SQ201410342269
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】劉雅政, 蔣波, 周樂育, 張朝磊, 文新理, 董正強 申請人:北京科技大學