[發(fā)明專利]一種用于盾構(gòu)機硬質(zhì)巖掘進的彈硬刀圈及其熱處理方法

有效

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• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107664037B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張伯承;張勵
• 申請（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江市京口區(qū)理工熱處理科技站
• 主分類號: E21D9/087
• 分類號: E21D9/087;C21D9/22
• 代理公司: 北京勁創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11589
• 代理人: 張鐵蘭

本發(fā)明提供了一種用于盾構(gòu)機硬質(zhì)巖掘進的彈硬刀圈及其熱處理方法，所述刀圈從刀刃到刀座分為A、B、C三個區(qū)域，區(qū)域A部分的金相組織以回火馬氏體為主的均勻淬硬層，區(qū)域C部分的金相組織以回火屈氏體為主，區(qū)域B部分為過渡區(qū)域。首先對所述刀圈進行整體淬火和整體回火，然后再對所述刀圈的刀座部分進行局部回火處理，使得所述刀圈的刀刃部分主要為回火馬氏體，刀座部分為回火屈氏體。高強度刀刃和彈性刀座匹配，使得所述刀圈兼具高的耐磨性、抗緩沖能力和沖擊韌性，同時刀刃處具有殘余壓應(yīng)力，增加了刀口的抗疲勞能力，使得所述刀圈具有更高的使用壽命和破巖能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程機械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于盾構(gòu)機硬質(zhì)巖掘進的彈硬刀圈及其熱處理方法。

背景技術(shù)

全斷面巖石隧道掘進機(簡稱隧道掘進機或TBM)用于水利地下工程的施工機械裝備，是我國裝備制造業(yè)的標志性產(chǎn)品，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高，目前國際上只有歐美、日本等少數(shù)幾個國家的企業(yè)具有設(shè)計能力。隨著我國水利、交通、地下工程建設(shè)的發(fā)展，TBM施工安全、快速、環(huán)保等優(yōu)點，對隧道掘進機的數(shù)量需求不僅非常大而且非常迫切。而隧道掘進機刀圈的設(shè)計制造在國內(nèi)尚處于探索階段，因此加速發(fā)展我國隧道掘進機刀圈的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化勢在必行。

刀盤是隧道掘進機的關(guān)鍵部件，具有開挖、穩(wěn)定掌子面、攪拌渣土等功能，而盤形滾刀刀圈是刀盤上配置的主要破巖刀具，對提高隧道掘進機破巖能力和掘進效率、降低挖掘成本具有重要意義，是影響隧道掘進機掘進性能的決定性因素，滾刀工況惡劣，屬于易損件，刀圈的使用出現(xiàn)異常現(xiàn)象或刀圈的刀刃磨損25mm以上則需要更換刀圈，刀圈依賴進口，采購時間長，價格昂貴，對隧道施工工期和施工成本有很大影響，據(jù)統(tǒng)計，施工中因為刀圈磨損而更換的刀圈數(shù)量達80％，滾刀的檢測維修更換所花費的時間占工期的1/3左右，刀具成本占整個工程成本的1/3左右。

目前盾構(gòu)施工法已經(jīng)在隧道建造的主流方法，安裝在刀盤上的滾刀是全斷面盾構(gòu)機破碎硬質(zhì)巖石的主要刀具，而刀圈是安裝在滾刀刀體上的可拆的刀刃，是滾刀磨損的主要部位。目前刀具磨損而導(dǎo)致的耗費在隧道施工中占據(jù)大約20～30％的費用，而且刀具磨損到一定程度后，必須更換新刀具，而刀具更換必然耽誤隧道施工時間，根據(jù)不完全統(tǒng)計，刀具更換的時間占總施工時間的比例在約5～25％之間。目前，國產(chǎn)刀圈對磨蝕性強的硬質(zhì)巖石地段施工的使用壽命低。除了整體淬硬的全硬刀圈和梯度硬度刀圈外，在現(xiàn)有技術(shù)中也常通過滲碳處理等手段來提高刀圈表面的硬度以期來提高滾刀刀圈的耐磨損性。

中國專利申請201710020201.1通過在刀圈本體的外邊緣通過等離子氮化形成有滲氮層，使其兼有優(yōu)異的切削性能、耐磨性和高沖擊韌性等關(guān)鍵性能指標，提高刀具的使用壽命。中國專利申請CN201710195596.9采用激光合金化技術(shù)對盾構(gòu)隧道掘進機滾刀刀圈進行表面強化處理和后續(xù)熱處理過程，在盾構(gòu)隧道掘進機滾刀刀圈表面形成彌散分布的納米顆粒增強合金化層，以滿足滾刀刀圈在惡劣服役環(huán)境下承受強擠壓、大扭矩、強沖擊、高磨損等性能要求。這些方法雖然能夠提高刀圈的性能，但滲層薄，脆性大，工藝復(fù)雜，制造成本高。另外主要注重刀圈表面處的硬度，忽略了刀圈整體性能的提高，不能提高刀圈對硬質(zhì)巖的破巖能力。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種用于盾構(gòu)機硬質(zhì)巖掘進的彈硬刀圈及其熱處理方法，高強度刀刃和彈性刀座匹配，使得所述刀圈兼具高的耐磨性、抗緩沖能力和沖擊韌性，同時刀刃處具有殘余壓應(yīng)力，增加了刀口的抗疲勞能力，使得所述刀圈具有更高的使用壽命和破巖能力。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種用于盾構(gòu)機硬質(zhì)巖掘進的彈硬刀圈，其特征在于，所述刀圈從刀刃到刀座分為A、B、C三個區(qū)域，區(qū)域A部分的金相組織以回火馬氏體為主的均勻淬硬層，區(qū)域C部分的金相組織以回火屈氏體為主，區(qū)域B部分為過渡區(qū)域。

進一步地，所述區(qū)域A部分的范圍為從刀刃刃口向刀座方向延伸30-35mm。