专利名称：矿用牙轮钻头摩擦副的热处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于矿山采掘设备的机械制造工艺，尤其是涉及到一种矿用牙轮钻头摩托副的热处理工艺。
背景技术：
目前国内矿用牙轮钻头制造厂家的摩擦副热处理工艺主要是牙爪、牙轮的热处 理锻件毛坯机加工——渗碳——机加工——淬火——回火——机加工；滚柱与滚珠的热 处理工艺与牙轮、牙爪的热处理工艺基本类似。虽然这些热处理工艺均为常规且看似成熟 的工艺，但不仅国内矿用牙轮钻头摩擦副的寿命远远低于国外矿用牙轮钻头摩擦副的寿 命，而且国内不同制造厂家的摩擦副寿命也相差悬殊，更有甚者，同一厂家所制造的钻头摩 擦副的寿命的波动范围相当大。即使考虑了钢材冶炼质量和钻头使用不同环境等因数，仍 然可以清晰地看到这种倾向。
发明内容
本发明的目的是明确所有热处理参数对摩擦副寿命的影响方式和影响程度，找 出影响摩擦副寿命的主要热处理参数和最难控制的热处理参数，确定对各热处理参数的重 点控制环节，形成一套在常规热处理框架下的具体的、系列的、有针对性的热处理工艺。本发明采用的技术方案是由于牙轮、牙爪的淬火温度是影响摩擦副寿命的主 要热处理参数，牙轮、牙爪的渗碳有关参数是最难控制的热处理参数，牙轮、牙爪各自渗碳 层碳浓度的设定目标是最关键的参数。因此，生产牙爪的渗碳工艺为强渗温度900°C 950°C，扩散温度880°C 920°C ；；强渗及扩散时间视渗层深度要求而定，最终表面碳浓度 控制在0. 85% 1. 05%，渗层深度为2. 5mm 3. Omm ；淬火温度800°C 830°C，加热时间视 工件尺寸大小而定；淬火介质为K油；回火温度180°C 200°C，回火时间视工件尺寸大小 而定。最后获得的表面硬度为HRC58-64 ；生产牙轮的渗碳工艺为强渗温度900°C 950°C， 扩散温度880°C 920°C ；；强渗及扩散时间视渗层深度要求而定，最终表面碳浓度控制在 0. 70% 0. 90%，渗层深度为2. Omm 2. 5mm ；淬火温度830°C 870°C，加热时间视工件尺 寸大小而定；淬火介质为K油；回火温度180°C -200°C，回火时间视工件尺寸大小而定。最 后获得的表面硬度为HRC55-60 ；同时，对摩擦副中的滚柱、滚珠及相对止推面等材料的热 处理有关工艺因数进行了配套的适应性改进或调整。最终使矿用牙轮钻头的摩擦副的各个 零部件的表面硬度、表面光洁度、硬度层总深度、摩擦有效工作层内硬度分布、金相组织状 况等达到设定的控制目标，并使设定目标状态的获得保持稳定。波动范围在控制指标之内。本发明的有益效果在于通过渗碳、淬火和回火工艺的设定，使矿有牙轮钻头的 摩擦副的各个零部件之间的硬度匹配、光洁度匹配、硬度层总深度匹配、摩擦有效工作层内 硬度分布匹配、金相组织状况匹配等达到设定的配合状态，并使设定配合状态的获得保持 稳定，不仅使产品的寿命得到大幅度的提高，而且还大大提高了矿山采掘效率，降低采掘成 本，降低了工人的劳动强度，显著改善了工作环境，为企业带来丰厚的经济效益。
下面结合附图对本发明作进一步说明
四
图1为本发明渗碳工艺曲线图；图2为本发明淬火工艺曲线图。
五具体实施例方式由于确定了牙轮、牙爪的淬火温度是影响摩擦副寿命的主要热处理参数，确定了 牙轮、牙爪的渗碳有关参数是最难控制的热处理参数，而通过大量的系列实验则发现牙轮、 牙爪各自渗碳层碳浓度的设定目标是最关键的参数。因此以采用20CrNiMo材料制作的牙爪为例，渗碳工艺为强渗温度930°C，扩散温度 9000C ；强渗及扩散时间视渗层深度要求而定，最终表面碳浓度控制在0. 85% 1.05%，渗 层深度为2. 5mm 3. 0mm。淬火温度815°C，加热时间视工件尺寸大小而定，淬火介质为K 油。回火温度190°C，回火时间视工件尺寸大小而定。最后获得的表面硬度为HRC58-64。以采用15MnNi4Mo材料制作的牙轮为例，渗碳工艺为强渗温度930°C，扩散温度 9000C ；强渗及扩散时间视渗层深度要求而定，最终表面碳浓度控制在0. 70% 0. 90%，渗 层深度为2. Omm 2. 5mm。淬火温度850°C，加热时间视工件尺寸大小而定，淬火介质为K 油。回火温度200°C，回火时间视工件尺寸大小而定。最后获得的表面硬度为HRC55-60。如图1、图2所示的工艺曲线为代表性工艺曲线。对于不同材料牌号，需做相应调 整。对于含Cr为主合金结构钢，可适当降低淬火温度；而对于含Ni为主的合金结构钢，可 适当升高淬火温度；对于表面碳浓度控制在高限的工件，可适当降低淬火温度；对于表面 碳浓度控制在底限的工件，可适当升高淬火温度。同时，在确定热处理工艺，设定工艺参数 控制目标时，不仅要重视工件表面硬度与金相组织状况，也要重视工件基体的硬度、强度和 金相组织状况，在某种情况下，更要重视工件基体的硬度、强度和金相组织状况。其中，升温 时间根据装炉量调整，渗碳强渗时间根据不同材料、不同浓度要求调整，扩散时间亦根据不 同材料、不同浓度要求调整；注意出炉氧化保护；淬火注意加热期间氧化保护；淬火冷却时 注意冷却剂温度均勻；回火要求及时。期间，进行必要的渗碳炉内碳势检测，按要求进行渗 层深度试棒检测；按要求检查金相试棒金相组织；检测试棒硬度；必要时，检查机械性能。摩擦副中的滚柱、滚珠及相对止推面等材料的热处理有关工艺要求与牙爪牙轮基 本相同，对有关因数进行配套的适应性改进或调整，从而使矿用牙轮钻头的摩擦副的各个 零部件的表面硬度、表面光洁度、硬度层总深度、摩擦有效工作层内硬度分布、金相组织状 况等达到设定的控制目标，并使设定目标状态的获得保持稳定。波动范围在控制指标之内。
同时，在机加工过程中使磨削量、转速适应不同表面硬度的工件，选择优质润滑 齐U、采用合适的装配工艺等有关措施，使得所设定并以达到的摩擦副的硬度与摩擦系数、摩 擦面附近的机械性能得以保持并进一步提升。本发明生产的矿用牙轮钻头，经矿山大量现 场试验，钻孔总进尺有大幅度的增高。大大提高了矿山采掘效率，降低采掘成本，降低了工 人的劳动强度，显著改善了工作环境，为钻头生产厂家获得显著的经济效益。
权利要求
一种矿用牙轮钻头摩擦副的热处理工艺，工艺路线为锻件毛坯机加工-渗碳-机加工-淬火-回火-机加工，其特征在于渗碳工艺的强渗及扩散时间视渗碳深度而定，淬火及回火时间视工件尺寸大小而定；其具体工艺参数为(1)牙爪热处理工艺a、渗碳工艺的强渗温度900℃～950℃，扩散温度880℃～920℃；强渗及扩散时间视渗层深度要求而定，最终表面碳浓度控制在0.85％～1.05％，渗层深度为2.5mm～3.0mm；b、淬火温度800℃～830℃，加热时间视工件尺寸大小而定；淬火介质为K油；c、回火温度180℃～200℃，回火时间视工件尺寸大小而定，最后获得的表面硬度为HRC58-64；(2)牙轮热处理工艺a、渗碳工艺的强渗温度900℃～950℃，扩散温度880℃～920℃；强渗及扩散时间视渗层深度要求而定，最终表面碳浓度控制在0.70％～0.90％，渗层深度为2.0mm～2.5mm；b、淬火温度830℃～870℃，加热时间视工件尺寸大小而定；淬火介质为K油；c、回火温度180℃～200℃，回火时间视工件尺寸大小而定。最后获得的表面硬度为HRC55-60。
全文摘要
一种矿用牙轮钻头摩擦副热处理工艺，它解决了目前国内有关常规热处理工艺的工艺参数生产的产品因磨损造成使用寿命非常短的问题，其特征在于确定了合理的牙轮、牙爪的淬火及回火温度以及渗碳温度及渗碳层碳浓度等有关参数，使矿用牙轮钻头摩擦副各个零部件以及零部件之间硬度和表面层附近的强度、表面光滑度的最佳组合。尤其是本发明解决了矿用牙轮钻头摩擦副质量的稳定性和可靠性，不追求单个参数的最佳状态，而保证全部参数的组合最佳；不追求技术参数的最佳，而保证技术参数的稳定和可靠的获得，可广泛应用于露天采矿企业。
文档编号C21D1/58GK101805823SQ201010134648
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者汪涛 申请人:湖北鸣利来冶金机械科技有限公司