本發(fā)明涉及采掘機(jī)械用截齒的生產(chǎn)加工技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝。

　　背景技術(shù)：

　　采掘機(jī)械用截齒是采掘機(jī)械上的關(guān)鍵部件，也是消耗量很大、很容易損壞的部件。截齒通常包括截齒齒體和硬質(zhì)合金頭兩部分組成，硬質(zhì)合金頭釬焊在截齒齒體端部。截齒使用過(guò)程中，其作業(yè)的環(huán)境非常惡劣，截齒要承受高壓應(yīng)力、剪切力、沖擊載荷、與礦層進(jìn)行劇烈摩擦等，使得截齒齒頭很容易被磨損，尤其是截齒齒體頂部磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致截齒齒體頭部直徑快速減小至失去對(duì)硬質(zhì)合金頭根部的保護(hù)和支撐作用，硬質(zhì)合金頭突出而脫落，使得硬質(zhì)合金頭在未被完全磨損的情況下截齒提前失效，非正常報(bào)廢，使截齒壽命大幅縮短，增加開(kāi)采成本，影響生產(chǎn)效率，因此提高截齒齒體的耐疲勞性、耐磨性對(duì)提高采掘機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)率，增加生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，具有積極的意義。

　　為提高截齒齒體的耐磨性，傳統(tǒng)上截齒齒體常選用中低碳合金鋼材料，對(duì)其進(jìn)行常規(guī)熱處理或在截齒齒體表面堆焊一層耐磨焊條來(lái)增加耐磨性，效果不明顯。其它表面處理工藝如表面噴涂、表面合金化、熔敷等，也都存在不同程度的缺陷，如等離子噴涂或超音速噴涂工藝，工藝方法復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，成本高，噴涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低，容易脫落，容易使截齒齒體脆性增加，韌性降低，導(dǎo)致綜合機(jī)械性能降低。

　　gcr15simn是使用比較廣泛的軸承鋼。其特點(diǎn)在于經(jīng)過(guò)淬火處理后的最高硬度可以達(dá)到65hrc以上。具有很好的耐磨性。但在高硬度時(shí)，其脆性較大，抗沖擊性能較差，外力沖擊下容易發(fā)生斷裂。因此僅靠高硬度條件下的高耐磨性能，無(wú)法滿足截齒的使用要求。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明的目的是提供一種采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝，對(duì)齒體進(jìn)行淬火和高溫回火熱處理，處理后齒體的整體硬度為36～40hrc；對(duì)齒體表面局部或全部區(qū)域，特別是齒體頂部的表面，即齒體的頂部用于保護(hù)硬質(zhì)合金齒頭部分的周側(cè)外表面進(jìn)行等離子弧表面淬火處理，硬度達(dá)到63～67hrc；齒體頂部表面的硬化層硬度高，表面光潔且處于壓應(yīng)力狀態(tài)，具有良好的耐疲勞、耐磨損性能，對(duì)截齒齒頭有非常好的保護(hù)作用，可有效提高截齒的使用壽命。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

　　一種采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝，其特征在于：具體包括以下步驟：

　　(1)、選用gcr15simn作為齒體材料；

　　(2)、先將齒體坯料通過(guò)熱鍛加工成型得到齒體毛坯，然后進(jìn)行正火、球化退火處理，然后采用機(jī)械加工的方法將齒體毛坯加工到指定尺寸得到齒體，然后對(duì)齒體進(jìn)行淬火和高溫回火處理；

　　(3)、在經(jīng)上述處理后的齒體的頂端加工出鑲嵌孔，通過(guò)釬焊的方式將硬質(zhì)合金頭焊接在齒體頂端的鑲嵌孔中，得到截齒；

　　(4)、對(duì)截齒齒體局部或全部的表面進(jìn)行等離子弧表面淬火處理，具體為：

　　(41)、使截齒與等離子弧發(fā)生器發(fā)生預(yù)設(shè)軌跡的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

　　(42)、在截齒與等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，確定合適的等離子弧表面淬火處理工藝參數(shù)，使得等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生的等離子弧作用于截齒齒體所需要淬火的表面，進(jìn)行快速加熱，將該表面金相組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成奧氏體組織，整個(gè)加熱過(guò)程中不能熔化，在依靠自身快速冷卻后，形成馬氏體組織，即形成硬化層，實(shí)現(xiàn)對(duì)該表面的硬化；最終，通過(guò)等離子弧發(fā)生器與截齒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)截齒齒體局部或全部表面的硬化。

　　所述的采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝，其特征在于：所述的淬火和高溫回火處理，淬火處理的加熱溫度為835℃～845℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)，油冷；高溫回火處理的加熱溫度為550℃～600℃，回火時(shí)間為2小時(shí)；處理后齒體的整體硬度為36～40hrc。

　　所述的采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝，其特征在于：所述的等離子弧表面淬火處理工藝參數(shù)包括等離子弧發(fā)生器的工作電流為60a～140a，以及等離子弧發(fā)生器與截齒之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的線速度為0.5m/min～5m/min。

　　所述的采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝，其特征在于：所述硬化層的硬度為62～65hrc，硬化深度為0.4～3mm。

　　所述的采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝，其特征在于：所述等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生的等離子弧作用于截齒齒體所需要淬火的表面的任意一點(diǎn)上，進(jìn)行快速加熱，加熱時(shí)間均不大于6秒。

　　本發(fā)明的有益效果：

　　1、本發(fā)明對(duì)截齒齒體(gcr15simn)進(jìn)行淬火和高溫回火熱處理，可使截齒(gcr15simn)獲得良好的強(qiáng)塑性配合。

　　2、本發(fā)明對(duì)齒體表面局部或全部區(qū)域，特別是齒體頂部的表面，即齒體的頂部用于保護(hù)硬質(zhì)合金齒頭部分的周側(cè)外表面進(jìn)行等離子弧表面淬火處理，硬化層硬度為63～67hrc，硬化層深度為0.4～3mm，直接在截齒齒體被淬火表面形成一層致密的高硬度、耐磨硬化層；硬化層硬度在硬化層深度范圍內(nèi)均維持表面的高硬度值，無(wú)硬度梯度。

　　3、進(jìn)行等離子弧表面淬火處理處理后，齒體頂部的表面光潔，摩擦系數(shù)低，且處于壓應(yīng)力狀態(tài)，提高了齒體的耐疲勞性能。

　　4、本發(fā)明相對(duì)于其它表面淬火處理工藝，具有節(jié)約能源、工藝簡(jiǎn)潔、操作方便的特點(diǎn)；且工藝過(guò)程采用等離子弧熱源，設(shè)備緊湊，維護(hù)方便，有利于技術(shù)的推廣和應(yīng)用。

　　附圖說(shuō)明

　　圖1為本發(fā)明工藝流程圖。

　　圖2為本發(fā)明中截齒的結(jié)構(gòu)示意圖。

　　圖3為實(shí)施例中的硬度分布圖。

　　具體實(shí)施方式

　　參見(jiàn)圖1，一種采用gcr15simn為齒體材料的截齒熱處理工藝，具體包括以下步驟：

　　(1)、選用gcr15simn作為齒體材料；

　　(2)、先將齒體坯料通過(guò)熱鍛加工成型得到齒體毛坯，然后進(jìn)行正火、球化退火處理，然后采用機(jī)械加工的方法將齒體毛坯加工到指定尺寸得到齒體，然后對(duì)齒體進(jìn)行淬火和高溫回火處理；

　　(3)、在經(jīng)上述處理后的齒體的頂端加工出鑲嵌孔，通過(guò)釬焊的方式將硬質(zhì)合金頭焊接在齒體頂端的鑲嵌孔中，得到截齒；

　　(4)、對(duì)截齒齒體局部或全部的表面進(jìn)行等離子弧表面淬火處理，具體為：

　　(41)、使截齒與等離子弧發(fā)生器發(fā)生預(yù)設(shè)軌跡的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；

　　(42)、在截齒與等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，確定合適的等離子弧表面淬火處理工藝參數(shù)，使得等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生的等離子弧作用于截齒齒體所需要淬火的表面，進(jìn)行快速加熱，將該表面金相組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成奧氏體組織，整個(gè)加熱過(guò)程中不能熔化，在依靠自身快速冷卻后，形成馬氏體組織，即形成硬化層，實(shí)現(xiàn)對(duì)該表面的硬化；最終，通過(guò)等離子弧發(fā)生器與截齒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)截齒齒體局部或全部表面的硬化。

　　本發(fā)明中，淬火和高溫回火處理，淬火處理的加熱溫度為835℃～845℃，保溫時(shí)間為1小時(shí)，油冷；高溫回火處理的加熱溫度為550℃～600℃，回火時(shí)間為2小時(shí)；處理后齒體的整體硬度為36～40hrc。

　　等離子弧表面淬火處理工藝參數(shù)包括等離子弧發(fā)生器的工作電流為60a～140a，以及等離子弧發(fā)生器與截齒之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的線速度為0.5m/min～5m/min。

　　硬化層的硬度為62～65hrc，硬化深度為0.4～3mm。

　　等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生的等離子弧作用于截齒齒體所需要淬火的表面的任意一點(diǎn)上，進(jìn)行快速加熱，加熱時(shí)間均不大于6秒。

　　如圖2所示，本發(fā)明的原理為：1為硬質(zhì)合金齒頭，2為gcr15simn截齒齒體。首先加工gcr15simn截齒齒體2，gcr15simn截齒齒體坯料經(jīng)熱鍛加工成型得到齒體毛坯，再經(jīng)正火、球化退火處理后，采用機(jī)械加工的方法將齒體毛坯加工到指定尺寸，得到齒體2，然后對(duì)齒體2進(jìn)行淬火和高溫回火處理，處理后齒體2的整體硬度為36～40hrc。在齒體2頂端加工出硬質(zhì)合金齒頭鑲嵌孔，通過(guò)釬焊方式將硬質(zhì)合金齒頭1焊接在齒體2頂端的鑲嵌孔中。焊接牢固后，對(duì)齒體2表面局部或全部區(qū)域，特別是頂部的局部或全部表面，即圖2中的a區(qū)(也即齒體2的頂部用于保護(hù)硬質(zhì)合金齒頭1部分的周側(cè)外表面，下同)進(jìn)行等離子弧表面淬火處理，使a區(qū)的硬度達(dá)到63～67hrc，硬化深度為0.4～3mm。

　　對(duì)gcr15simn齒體進(jìn)行淬火和高溫回火處理，可使gcr15simn齒體獲得良好的強(qiáng)塑性配合。等離子弧為高能密度熱源，當(dāng)?shù)入x子弧作用于截齒齒體表面時(shí)，使截齒齒體局部快速加熱，溫度急劇升高到材料相變溫度以上，隨后通過(guò)截齒基體的快速熱傳導(dǎo)散熱，使得加熱部分快速冷卻，相變溫度以上的區(qū)域形成晶粒細(xì)小的馬氏體組織，進(jìn)而形成一定深度的高硬度硬化層。經(jīng)等離子弧表面淬火處理的截齒齒體，由于快速加熱快速冷卻的作用機(jī)制，與常規(guī)熱處理相比，得到的硬化層硬度更高，變形小，表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)；處理時(shí)表面的最高溫度在熔化溫度以下，處理后表面光潔，摩擦系數(shù)小，因此經(jīng)等離子弧表面淬火處理的截齒表面耐磨性、耐疲勞性好，工作穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。gcr15simn截齒綜合運(yùn)用鍛造后正火、球化退火處理，機(jī)械加工后淬火和高溫回火處理，以及等離子弧表面淬火處理工藝，可大幅提高gcr15simn截齒的綜合性能，進(jìn)而大幅提高了截齒的使用壽命。

　　應(yīng)用舉例如下：

　　截齒齒體材料：gcr15simn。淬火和高溫回火熱處理參數(shù)為：淬火加熱溫度為840℃，保溫時(shí)間1小時(shí)；高溫回火加熱溫度為600℃，回火時(shí)間為2小時(shí)，處理后齒體的整體硬度為38.5～40hrc；等離子弧淬火處理參數(shù)：工作電流125a，等離子弧發(fā)生器與截齒之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的線速度為0.6m/min。

　　處理后采用線切割方法沿截齒軸向方向切下窄條，制作試樣采用200hv-5型小負(fù)荷維氏硬度計(jì)檢測(cè)硬度，檢測(cè)的順序從試樣表面開(kāi)始，每隔0.2mm測(cè)量一個(gè)硬度值，測(cè)量結(jié)果如表一所示，硬度分布圖如圖3所示。硬化層的硬度值為813～848hv1，根據(jù)gb/t1172-1999標(biāo)準(zhǔn)換算，硬化層的硬度值為64.7～66hrc，硬化層深度超過(guò)2.0mm。

　　表一