[發明專利]一種耐磨損盾構機硬巖刀圈及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011491869.2
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112646956A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 袁志鐘;韋家波;張琰琳;曹赟;袁飛;王夢飛;李表敏;楊海峰;羅銳;程曉農;張伯承
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D1/18
• 分類號: C21D1/18;C21D9/22;C23C8/26;E21D9/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王術娜

本發明屬于盾構機刀具技術領域，特別涉及一種耐磨損盾構機硬巖刀圈及其制備方法和應用。本發明提供的耐磨損盾構機硬巖刀圈的制備方法，包括以下步驟：提供刀圈毛坯；將所述刀圈毛坯依次進行淬火處理和滲氮回火處理，得到所述耐磨損盾構機硬巖刀圈。本發明在經過淬火處理形成硬巖刀圈刀體的馬氏體后，進行滲氮回火處理，有利于使得硬巖刀圈的表面形成一層疏松的滲氮化合物層，該滲氮化合物層為白亮層，具有硬度高、耐磨性好的特點。此外，滲氮化合物層疏松多孔，在使用時浸潤潤滑劑，可有效地提高硬巖刀圈表面的潤滑效果，有利于在不影響刀圈的沖擊破巖過程的條件下減小磨損。

技術領域

本發明屬于盾構機刀具技術領域，特別涉及一種耐磨損盾構機硬巖刀圈及其制備方法和應用。

背景技術

盾構機是專用于隧道掘進的超大型機械設備，盾構機刀盤上整齊裝備著可更換的盤形滾刀，通過刀盤的旋轉與推進，利用滾刀最外側刀圈的碾壓與沖擊使巖石，利用多次沖擊使裂紋擴展，當裂紋貫通后，巖石剝落，進而逐步貫通隧洞(盾構機刀圈工作原理示意圖見圖1)。

硬巖環境經常有大直徑石塊，這種石塊會對盾構機刀具造成很大的沖擊，軟巖刀具很容易因為沖擊而產生崩刃，因而硬巖對刀具耐磨性提出很高的要求。

目前，領域內科研人員也提出了一些提高刀具耐磨性的技術方案。如中國發明專利CN106566983B，公開了高性能盤型滾刀刀圈材料及其生產工藝，用此刀圈材料加工出的刀圈的硬度達到58～60HRC，沖擊功為14～16J/cm²，較H13鋼硬度更高且韌性也提高，提高了刀圈使用壽命，但是該專利所述的刀圈材料，在鍛造時易出現大尺寸的一次碳化物且易開裂；中國發明專利CN103737273B公開了一種激光熔覆WC耐磨涂層的新型滾刀的制作工藝，在刀齒間制備一層耐磨涂層，防止刀齒脫落，但該專利熔覆層合金與刀圈基材材料的熔點差異過大，形成不了良好的冶金結合，而且熔覆層WC熔點過高，熔覆層熔化小，表面光潔度下降，基材表層過燒嚴重污染熔覆層，也極易出現氣孔，成為熔覆層中的裂紋源，將直接影響熔覆層的耐磨、耐蝕性能，并不適于作為硬巖刀圈。以上方法均存在抗蝕、抗開裂性能差且硬度不夠的缺點，無法滿足硬巖刀圈的使用需求。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種耐磨損盾構機硬巖刀圈及其制備方法，由本發明提供的制備方法制備得到的耐磨損盾構機硬巖刀圈具有表面硬度高、耐磨性好的特點。

為了實現上述發明的目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種耐磨損盾構機硬巖刀圈的制備方法，包括以下步驟：

提供刀圈毛坯；

將所述刀圈毛坯依次進行淬火處理和滲氮回火處理，得到所述耐磨損盾構機硬巖刀圈。

優選的，所述刀圈毛坯的材質為4Cr5MoSiV1、3CrW8V、H11、H12或Cr12MoV。

優選的，所述淬火處理的溫度為1020～1070℃，保溫的時間為20～40min；升溫至淬火處理溫度的升溫速率為5～15℃/min；所述淬火處理中冷卻的方式為油冷、空冷或鹽浴冷。

優選的，所述滲氮回火處理的工藝包括以下步驟：

在氨氣氛圍中，對淬火處理所得刀圈坯依次進行保溫和冷卻。

優選的，所述氨氣的分解率為30～50％。

優選的，所述保溫的溫度為560～580℃，保溫的時間為20～40h。

優選的，所述冷卻的降溫速率為10～15℃/min。

本發明還提供了上述技術方案所述制備方法得到的耐磨損盾構機硬巖刀圈，包括耐磨損盾構機硬巖刀圈刀體，所述耐磨損盾構機硬巖刀圈刀體的表層為滲氮化合物層；

所述滲氮化合物層的厚度為0.5～1.5mm。