可再製造的適於秸杆全量還田的大耕深旋耕刀的製作方法

2023-07-26 21:45:31 1

專利名稱：可再製造的適於秸杆全量還田的大耕深旋耕刀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種農業機械，尤其是一種農村農田作業中使用的旋耕刀，具體地說是一種可再製造的適於秸杆全量還田的大耕深旋耕刀。
背景技術：
目前，多茬留田耕作及秸杆全量還田耕作發展很快，我國將茬口全量還田看成是增加土壤有機質，制止土壤板化，實現農業可持續發展的一項重要舉措。但是，一到收穫季節，絕大多數秸稈還是被農民偷偷燒掉，這種焚燒秸稈的掠奪性種植行為致使土壤越燒越板、越燒越瘦，同時焚燒秸稈也嚴重地汙染了環境，高速公路被燒得撞車頻繁，飛機場被燒得飛機不能起飛，這均成為收穫季節各大新聞媒體的熱點。據不完全統計，每年全國焚燒秸稈6億噸，相當於2億噸化肥的氮當量付之一炬。儘管秸杆的燃料化、顆粒化、飼料化發展很快，但規模還是非常小，秸杆的最主要去處仍然是還田。秸杆還田耕作分為農場和農村兩種作業方法。農場大型機械作業採用犁耕20 22cm深+耙地+播種作業。20 22cm耕深能充分將秸杆與足夠的泥土混合，土壤中的秸杆比例小，前茬秸杆腐化過程中與作物爭氮的問題達不到影響作物生長的程度，最終達到秸杆無負作用還田的目的。這一工藝全國農墾系統已經用了 50多年，到目前為止仍是採用這種工藝。這種工藝需三道工序、三次作業才能完成耕作，它的耕作成本很高。農村一般採用旋耕機作業，將旋耕、埋茬、播種一次性完成。複式作業程度高、省工節本，但該工藝存在的最大缺陷是目前的旋耕機耕作深度小於16cm。大量的前茬秸杆埋在不足16cm深的土壤中，造成土壤中的秸杆比例太高，秸杆在土壤中腐化之前要吸氮，特別是稻後麥，耕播後遇上冬天氣溫低，秸杆不能馬上腐化。來年春天正趕上小麥拔節需要大量拔節肥時，土壤中秸杆遇到溫度適宜而腐化吸氮，造成與小麥爭拔節肥的局面，嚴重影響小麥生長發育。對於麥後稻，雖然採用水耕法使得總體耕深略深2cm左右，但仍然不能滿足要求，仍存在著秸杆比例太高的問題。由於犁的結構縱向很長，結構上很難實現秸杆全量埋田的複式作業功能。因此，研製大耕深旋耕機成為解決這一問題的重要途徑，而與之適配的大耕深旋耕刀更是重中之重。國內市場上的主流旋耕刀為刀尖迴轉半徑為245mm的旋耕刀，配置國內最大功率 (120馬力)的旋耕機，其耕深為14-16cm，即使採用GB/T 5669-2008中最大規格的旋耕刀 (刀尖迴轉半徑為^K)mm)，其耕深也不足18cm。儘管國際上生產大功率(耕深)旋耕機廠商較多，如法國庫恩公司生產的一種EL 201-400型動力驅動方式旋耕機，採用L型鍛鋼刀，刀尖迴轉半徑為300mm，最大作業深度達^cm。但是，一方面，出於技術保密或者其他原因，我國現階段大功率(耕深)旋耕機及與之相配的旋耕刀僅能依靠進口，價格非常昂貴；另一方面， 由於地理環境和種植作物的不同，國外目前的大耕深旋耕刀均不適合我國主要農業區實施多茬長茬當季茬的作業。申請人:嘗試過採用現有旋耕刀製造方法，其主要工藝流程為下料一鍛造一淬火一刀身低溫回火(獲取硬度為4814HRC的回火馬氏體，滿足耐磨性的要求)一刀柄中溫回火(獲取硬度為38、5HRC的回火屈氏體，滿足刀柄韌性和抗彎強度的要求)一防鏽處理，製造了按同比例放大至刀尖迴轉半徑為300mm的旋耕刀。當旋耕刀厚度不增加時，由於刀身整體組織均為回火馬氏體其硬度高、脆性大，在大耕深旋耕作業100小時過程中，旋耕刀折斷率高達30%以上；當旋耕刀厚度也同比例增加時，在大耕深旋耕作業100小時過程中，旋耕刀折斷率仍為20%左右，且能耗相對於不增加旋耕刀厚度時增加了 15%左右。根據上述分析，大耕深旋耕刀應具有表硬心韌的組織結構特徵。劉國勳等公開了一種採用二氧化碳氣體保護焊在表層焊接一層碳化矽然後經100(Γ1100 輥壓成型的旋耕刀(CN101473714A)。 雖然這種旋耕刀具有表硬心韌的組織結構，但是由於其需要在100(T1100 °C輥壓成型帶來一系列的問題。比如，根據本領域已有知識，100(Γ1100 ！輥壓成型後空冷相當於正火處理，同時由於加熱溫度太高奧氏體組織粗大，很難獲得常規正火處理後性能，更談不上達到淬火+中溫回火處理的性能，旋耕刀心部抗衝擊和抗變形的性能較差。再如，由於這種旋耕刀的基體、焊接區和表層屬於異種材料，其熱物性參數差別很大，若採用輥壓成型後旋耕刀進行淬火+中溫回火處理改善基體性能的措施，極易造成表層破壞。所以，這種旋耕刀及其製造方法是無法滿足大耕深旋耕刀的性能要求。此外，由於目前旋耕刀刀身硬度偏低，在土壤等的作用下磨損較大，其使用壽命一般為IOOh左右，若進一步考慮其在酸、鹼等介質中極易被腐蝕，使用壽命則會更低，而且報廢的旋耕刀只能作為廢料回爐重煉，無法實現再製造，其綜合成本較高。這也是目前農民寧肯偷偷地將秸稈燒掉而不願意使其還田的另一重要原因。因此，到目前為止，我國尚未得到一種經濟實用的適於秸稈全量還田大耕深旋耕刀及其製造方法，更沒有一種能重複利用的旋耕刀可供使用，很大程度地限制了秸稈全量還田技術的推廣，一定程度上制約了我國實現農業可持續發展這項工作的深入開展。

發明內容
本發明的目的是針對現有的旋耕刀因整體韌性及抗彎強度和表面耐磨性無法同時滿足大耕深作用要求，導致國內20cm以上耕深旋耕作業基本處於空白狀態，使得秸杆全量還田效果較差，農民對秸稈還田牴觸情緒嚴重的問題，設計一種能同時滿足整體抗彎強度及韌性和表面硬度要求且在旋耕刀磨損後可再製造的適於秸杆全量還田的大耕深旋耕刀。本發明的技術方案是
一種可再製造的適於秸杆全量還田的大耕深旋耕刀，其特徵是它的刀尖迴轉半徑R不小於280毫米，並採用以下方法製造而得
首先，採用65Mn或60Si2Mn作為原材料經過鍛造得到滿足尺寸和形狀要求的坯料； 然後，對所得坯料進行整體熱浸滲處理，在坯料表面整體形成一層深度為10-150微米、硬度不小於1000HV的熱浸滲硬化層，得到表面整體帶有硬化層的中間坯料；
第三，將表面整體帶有硬化層的中間坯料進行熱處理，熱處理工藝為整體淬火+中溫回火，得到心部為回火屈氏體、表面為熱浸滲硬化層的大耕深旋耕刀，以同時滿足大耕深旋耕作業對旋耕刀整體韌性及抗彎強度的要求和大耕深對旋耕刀表面抗磨損性能的要求，使得旋耕刀的連續或累計作業時間不小於150小時。所述的再製造是指在所述的大耕深旋耕刀作業時間達到150小時或刀刃部分的表面硬化層厚度小於2微米後(此時旋耕刀的磨損量很小，即使是磨損最為嚴重的刀刃部分其磨損量也不足150微米，旋耕刀整體尺寸及刃形尺寸仍在GB/T 5669-2008中規定的範圍之內，再加上熱浸滲處理為合金元素濃度驅動的表面處理工藝，即進行再次熱浸滲其整體尺寸和滲層尺寸及性能改變不大)，將其從作業設備上拆下清潔後再次進行整體熱浸滲處理，使所述旋耕刀表面整體再次形成厚度為10-150微米、硬度不小於1000HV的熱浸滲硬化層以保證其抗磨損性能的要求，然後再進行整體淬火+中溫回火，使所述旋耕刀的心部保持回火屈氏體組織以保證其韌性及抗彎強度能滿足大耕深使用要求。所述的熱浸滲硬化層為滲硼、滲鉻、滲鈦、滲釩和滲鈮以及含稀土的所述各種共滲處理獲得的滲層。所述的整體淬火+中溫回火的工藝規範為(83(T870°C) X 15min油淬，冷至室溫後，進行(42(T450°C) X2h的中溫回火。本發明的有益效果
(1)本發明的大耕深旋耕刀，其心部組織均為回火屈氏體，其韌性較現有旋耕刀刀身組織回火馬氏體高出1倍以上，能滿足大耕深(>20cm)旋耕作業對旋耕刀整體韌性及抗彎強度的要求。(2)本發明的大耕深旋耕刀，其表層為高硬度(大於1000HV)的熱浸滲硬化層，切土更加鋒利、阻力小、具有自銳性，硬化層深度為1(Γ 50μπι，硬度比GB/T 5669-2008中規定質量指標(48HRCT54HRC)高15. 5 21. 5HRC以上，具有更好的耐磨性。(3)本發明的大耕深旋耕刀，由於其表面硬化層在酸、鹼、鹽等介質中具有很好的抗腐蝕性，無需專門進行防鏽處理；同時，也降低了旋耕刀作業過程中的腐蝕磨損。(4)本發明的大耕深旋耕刀，其使用壽命大大超過目前市場上旋耕刀的100h， 綜合成本下降50%以上。同時，由於其在使用150h後的整體尺寸及刃形尺寸仍在GB/T 5669-2008中規定的範圍之內，若及時進行再製造即清潔表面重新浸滲及熱處理，可望達到旋耕機年壽命周期，其綜合成本將會更低。(5)本發明也可用於刀尖迴轉半徑R小於280毫米的常規尺寸高品質旋耕刀的設計製造中。


圖1本發明旋耕刀的示意圖。圖2是圖1的俯視結構示意圖。圖1、2中，1-刀柄，2-刀身，3-旋耕刀心部，4-旋耕刀表層，5-刀刃，R-刀尖迴轉半徑。圖3為本發明的大耕深旋耕刀橫切面組織形貌示意圖，表層為15 μ m的滲鉻層，心部為回火屈氏體。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但這不能用於對本發明的限制，本領域技術人員根據本發明的基本思想，可以做出各種修改或改進，但是只要不脫離本發明的基本思想，均在本發明的範圍之內。
如圖1、2所示。一種可再製造的適於秸稈全量還田大耕深旋耕刀，它的刀尖迴轉半徑R大於 280mm ；旋耕刀心部3組織為回火屈氏體，旋耕刀表層4組織為1(Γ 50 μ m的熱浸滲硬化層，硬化層的硬度大於1000HV (約相當於69.5HRC以上)，如圖1、2所示；當旋耕刀作業 150h後，旋耕刀整體尺寸及刃形尺寸保持完好，可用於再製造。其中的熱浸滲硬化層4為滲硼、滲鉻、滲鈦、滲釩和滲鈮以及含稀土的前述各種共滲處理獲得的滲層。其製造工藝流程為下料一鍛造一①噴砂清潔表面一②整體熱浸滲處理一③整體淬火+中溫回火；當旋耕刀作業150h後或刀刃5表面的硬化層厚度小於2微米後，，重複①、②、③進行再製造，經再製造後的旋耕刀即可作為一把新刀使用。其整體淬火+中溫回火的工藝規範為 830^8700C X15min油淬，冷至室溫後，進行42(T450°C Χ ι的中溫回火。旋耕刀的材料可為 GB/T 5669-2008 中規定的 65Mn 或 60Si2Mn。實施例1。一種可再製造的適於秸稈全量還田大耕深旋耕刀，採用新撫鋼公司生產的供應態 65Mn，刀尖迴轉半徑R為觀5讓，經下料、鍛造成型後，用噴砂機對其表面進行清潔，去除表面氧化皮等獲得清潔表面，將旋耕刀全部埋入滲箱固體粉末滲硼劑中，上面覆蓋粘土並用耐高溫密封膠將箱蓋與箱體密封，然後進行滲硼(或滲鉻、滲鈦、滲釩和滲鈮以及含稀土的所述各種共滲處理)處理，隨後空冷至室溫；將滲硼後的旋耕刀重新加熱至850°C (也可為 830,840,860或870°C)，保溫15min後油淬，冷至室溫後，進行420°C X2h(也可為430、440 或450°C X2h)的中溫回火，即可獲得本發明所述大耕深旋耕刀。經金相檢測，其心部3為回火屈氏體，表層4為雙相組織(FeB+Fe2B)，滲硼層厚度為112. 5μπι;測試其硬度，心部3為42. 3HRC，表層4為1247HVai。在模擬旋耕實驗臺進行大耕深旋耕實驗，實驗條件為土壤絕對含水率為10%，土壤堅實度大於0. 8Mpa，耕深為2廣23cm，旋耕轉速為200r/min，總旋耕時間為150h。在150h 旋耕作業中刀具未發生斷裂、崩刃、表層硬化層剝落等失效，取下旋耕刀進行檢測，其表層4 尤其是刀刃5處表層仍保留大約20 μ m的滲硼層，旋耕刀整體尺寸及刃形尺寸保持完好滿足再製造要求。將已使用旋耕刀重複噴砂、滲硼及淬火+中溫回火，經檢測達到新刀技術指標。實施例2。一種可再製造的適於秸稈全量還田大耕深旋耕刀，採用新撫鋼公司生產的供應態 60Si2Mn,刀尖迴轉半徑R為300mm，經下料、鍛造成型後，用噴砂機對其表面進行清潔，去除表面氧化皮等獲得清潔表面，將旋耕刀全部埋入滲箱固體粉末滲鉻劑中，上面覆蓋粘土並用耐高溫密封膠將箱蓋與箱體密封，然後進行滲鉻(或滲硼、滲鈦、滲釩和滲鈮以及含稀土的所述各種共滲處理)，隨後空冷至室溫；將滲鉻後的旋耕刀重新加熱至850°C(也可為830、 840、860或870°C)，保溫15min後油淬，冷至室溫後，進行450°C X2h (也可為420、430、 4400C X2h)的中溫回火，即可獲得本發明所述大耕深旋耕刀。經金相檢測，其心部3為回火屈氏體，表層4為(0丄6)7(3、(016^3(6、(016) 3C等組成的滲鉻層，滲鉻層厚度為15μ m (圖3)；測試其硬度，心部3為41. 6HRC，表層4為 1435HV01。在模擬旋耕實驗臺進行大耕深旋耕實驗，實驗條件為土壤絕對含水率為10%，土壤堅實度大於0. 8Mpa，耕深為M 26cm，旋耕轉速為200r/min，總旋耕時間為150h。在150h 旋耕作業中刀具未發生斷裂、崩刃、表層硬化層剝落等失效，取下旋耕刀進行檢測，其表層4 尤其是刀刃5表層處仍保留大約2 μ m的滲鉻層，旋耕刀整體尺寸及刃形尺寸保持完好滿足再製造要求。將已使用旋耕刀重複噴砂、滲鉻及淬火+中溫回火，經檢測達到新刀技術指標。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種可再製造的適於秸杆全量還田的大耕深旋耕刀，其特徵是它的刀尖迴轉半徑R 不小於280毫米，並採用以下方法製造而得首先，採用65Mn或60Si2Mn作為原材料經過鍛造得到滿足尺寸和形狀要求的坯料；然後，對所得坯料進行整體熱浸滲處理，在坯料表面整體形成一層深度為10-150微米、硬度不小於1000HV的熱浸滲硬化層，得到表面整體帶有硬化層的中間坯料；第三，將表面整體帶有硬化層的中間坯料進行熱處理，熱處理工藝為整體淬火+中溫回火，得到心部為回火屈氏體、表面為熱浸滲硬化層的大耕深旋耕刀，以同時滿足大耕深旋耕作業對旋耕刀整體韌性及抗彎強度的要求和對旋耕刀表面抗磨損性能的要求，使得旋耕刀的連續或累計作業時間不小於150小時。
2.根據權利要求1所述的旋耕刀，其特徵是所述的再製造是指在所述的大耕深旋耕刀作業時間達到150小時或刀刃部分的表面硬化層厚度小於2微米後，將其從作業設備上拆下清潔後再次進行整體熱浸滲處理，使所述旋耕刀表面整體再次形成厚度為10-150微米、 硬度不小於1000HV的熱浸滲硬化層以保證其抗磨損性能的要求，然後再進行整體淬火+中溫回火，使所述旋耕刀的心部保持回火屈氏體組織以保證其韌性及抗彎強度能滿足大耕深旋耕作業使用要求。
3.根據權利要求1或2所述的旋耕刀，其特徵是所述的熱浸滲硬化層為滲硼、滲鉻、滲鈦、滲釩和滲鈮以及含稀土的所述各種共滲處理獲得的滲層。
4.根據權利要求1或2所述的旋耕刀，其特徵是所述的整體淬火+中溫回火的工藝規範為(83(T870°C) X15min油淬，冷至室溫後，進行(42(T450°C) X濁的中溫回火。
全文摘要
一種可再製造的適於秸杆全量還田的大耕深旋耕刀，其特徵是它的刀尖迴轉半徑R不小於280毫米,並採用以下方法製造而得首先，採用65Mn或60Si2Mn作為原材料經過鍛造得到滿足尺寸和形狀要求的坯料；然後，對所得坯料進行整體熱浸滲處理，在坯料表面整體形成一層深度為10-150微米、硬度不小於1000HV的熱浸滲硬化層，得到表面整體帶有硬化層的中間坯料；第三，將表面整體帶有硬化層的中間坯料進行熱處理，熱處理工藝為整體淬火+中溫回火，得到心部為回火屈氏體、表面為熱浸滲硬化層的大耕深旋耕刀。本發明旋耕刀具有表面高硬度和心部高韌性及高強度的特性，能保證一次連續或累計150小時大耕深(>20cm)旋耕作業的需要；同時，本發明旋耕刀可重複製造，大大降低了旋耕刀的綜合成本。
文檔編號A01B33/10GK102224773SQ20111008960
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者左敦穩, 張瑞宏, 沈佳俊, 王宏宇, 王明娣, 繆宏, 袁曉明, 許曉靜, 許瑞華, 趙玉鳳, 陳康敏, 顧鵬飛 申請人:江蘇大學