盾构机盘形滚刀刀圈及其制造方法 【技术领域】
本发明属于掘进机械上的部件，尤其涉及盾构机的滚刀刀圈。
背景技术
盾构机是隧道施工的现代化专业设备，盘形滚刀是盾构机上用于切削岩石的刀具，它装在刀盘上，在掘进时盘形滚刀刀圈被压入岩石中，同时刀盘在旋转装置的驱动下带动滚刀实现自转和公转，使刀盘在岩石上连续滚压，完成对岩石的破碎和切割，目前国内用的刀圈常采用的材料为9Cr2Mo、6Cr4Mo2W2V、40CrNiMo；国外刀圈常采用的材料为X50CrWoV51(DIN)和4340(SAE)，这些滚刀刀圈存在耐磨性差或易断裂等问题。
发明目的
本发明的目的在于：提供一种具有足够硬度，并且耐磨性及耐冲击性均好的盾构机盘形滚刀刀圈，同时还提供该刀圈的制造方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：这种盾构机盘形滚刀刀圈，其特征在于：该刀圈的硬度HRC为55-57，冲击值为ak18-20J/cm2，制造该滚刀刀圈材料的主要成份包括，C 0.38-0.45、Mn 0.4-0.8、Si 0.2-1.2、Cr 4.0-6.0、Mo 1.0-2.0、V 0.8-2.0、0.005≤P≤0.03、0.005≤S≤0.03及配量的Fe。
制造这种盘形滚刀刀圈的方法，是先将冶炼好的铸锭制成圆棒，经下料后再经锻造制成滚刀刀圈的毛坯、而后依次再经退火处理、车削、淬火处理、回火处理、磨削、检测而成成品。
在退火处理中先将滚刀刀圈的毛坯加热至870-890℃，而后保温，保温后再慢速降温，当温度降至730-750℃时，再经120-180分钟保温后，使其再慢速降温，当温度降至400℃时，将工件放入大气中冷却；在淬火处理中将经车削后的工件进行分段加热，先加热至650-700℃，经保温后，再次加热至1050-1060℃，再经保温后将工件冷却；回火处理分为两次，在第一次回火处理中将经淬火后的工件加热至550-560℃，经保温后将工件冷却，第二次加热至500-510℃，再经保温后将工件冷却。
在退火处理中将滚刀刀圈地毛坯加热至870-890℃后的保温时间为240-300分钟；经车削后的工件在淬火处理中，先加热后保温时间为60-90分钟，再次加热后保温时间为60-90分钟；在第一次回火处理中经加热后的工件保温时间为150-200分钟；第二次加热后工件的保温时间为120-150分钟。
在退火处理中慢速降温的速度为0.5-2℃/min；在淬火处理中，经保温后工件冷却时的速度大于100℃/min，在回火处理中经保温后将工件冷却时的速度大于50℃/min。
由于本发明中滚刀刀圈材料的组分及制造方法保证了该刀圈的硬度HRC为55-57，冲击值ak为18-20J/cm2，同时经测试得知它的抗拉强度为2010Mpa、屈服强度为1980Mpa、延伸率为7％、收缩率为9％，因此保证了该刀圈具有足够硬度和耐磨性及耐冲击性。
【具体实施方式】
实施例1：制造盾构机盘形滚刀刀圈的材料中主要成分为(按％重量计)C为0.38、Mn为0.4、Si为0.2、Cr为4、Mo为1.0、V为0.38、P为0.005、S为0.005及平衡量的Fe；
上述材料在温度为1600℃的炉中冶炼后制成钢锭，而后制成圆棒料，把该棒料根据需要下料，然后锻造成盾构机盘形滚刀刀圈的毛坯，把锻造后的工件毛坯进行退火处理，在退火时应将工件放入炉内，加热至870℃，而后在炉内对工件保温240分钟，然后再以2℃/min速度慢速降温，当工件温度降至730℃时，再保温120分钟，后工件仍以2℃/min的速度在炉内慢速降温，当工件在炉内温度降为400℃时，将工件放入大气内继续冷却至室温，把冷却后的工件进行车削，经车削后再次对其做热处理，在此种热处理中，先进行淬火处理而后进行回火处理，淬火处理时应进行分段加热，先将工件加热至650℃，保温60分钟后，将工件进行再次加热，使其再升温至1050℃，再保温60分钟后使其以大于100℃/min的速度迅速冷却至室温；对冷却至室温的工件再做两次回火处理，在第一次回火处理中把经淬火后的工件加热至550℃，保温150分钟后使其冷却降至室温，冷却速度大于50℃/min，经冷却后的工件再做第二次回火处理，第二次回火处理时，工件加热至500℃，保温120分钟后再使其冷却至室温，冷却速度大于50℃/min；热处理后的工件经清理后对其端面和内圆再进行磨削使其达到对滚刀刀圈尺寸和光洁度的要求，这些滚刀刀圈需再经探伤和硬度及耐冲击性检测，凡HRC为55-57、冲击值ak为18J/cm2者即为成品。
实施例2：此实施例中制造盾构机盘形滚刀刀圈的材料中主要成分为(按％重量计)C为0.45、Mn为0.8、Si为1.2、Cr为6、Mo为2.0、V为2.0、P为0.03、S为0.03及平衡量的Fe，上述材料在温度为1600℃的炉中冶炼后制成钢锭，而后制成圆棒料，把该棒料根据需要下料后锻造成盾构机盘形滚刀刀圈的毛坯，把锻造后的工件毛坯进行退火处理，在退火时应将工件放入炉内，加热至890℃时，经保温300分钟后再以0.5℃/min速度慢速降温，当工件温度降至750℃时，再保温180分钟，而后工件仍以0.5℃/min的速度慢速降温，当工件温度降为400℃时，将工件放入大气内继续冷却至室温，把冷却后的工件进行车削，经车削后的工件仍需对其做热处理，在此种热处理中，淬火处理时先将工件加热至700℃，保温90分钟后，再次加热使工件升温至1060℃，保温90分钟后使其迅速冷却至室温，冷却速度大于120℃/min；对冷却至室温的工件再做两次回火处理，在第一次回火处理中把工件加热至560℃，保温200分钟后使其降至室温，在第二次回火处理中工件加热至510℃保温150分钟后再使其降至室温，两次回火处理中，工件降温速度均为70℃/min；热处理后的工件经清理后对其端面和内圆再进行磨削使其达到对滚刀刀圈尺寸和光洁度的要求，这些滚刀刀圈需再经探伤和硬度及耐冲击性检测，凡HRC为55-57、冲击值为20J/cm2者即为成品。
实施例3：此实施例中制造盾构机盘形滚刀刀圈的材料中主要成分为(按％重量计)C为0.41、Mn为0.6、Si为0.8、Cr为5、Mo为1.5、V为1.6、P为0.02、S为0.02及平衡量的Fe，上述材料经冶炼制成钢锭，再依次制成圆棒料及盘形滚刀刀圈的毛坯，把工件毛坯进行退火处理，在退火时应将工件先加热至880℃，而后使工件保温280分钟，使工件以1.5℃/min的速度降温，当工件温度降至740℃再保温160分钟，而后工件仍以1.5℃/min的速度降温，当工件温度降为400℃时，将工件放入大气内继续冷却至室温，把冷却后的工件进行车削，经车削后仍需对其做热处理，在此种热处理中，淬火处理时应先将工件加热至680℃，保温80分钟后再升温至1055℃，保温80分钟后使其迅速冷却至室温；冷却速度应大于150℃/min，而后进行两次回火处理，在第一次回火处理中把工件加热至550℃，保温180分钟后使其降至室温，在第二次回火处理中工件加热至505℃保温130分钟后再使其降至室温，两次回火处理中，工件降温速度均大于60℃/min；热处理后的工件需经再加工和检测，其要求与实施例1相同。
其他工艺条件也与实施例1相同。
实施例4：此实施例中制造盾构机盘形滚刀刀圈的材料中主要成分为(按％重量计)C为0.38、Mn为0.8、Si为1.2、Cr为5、Mo为1.0、V为2.0、P为0.02、S为0.03及平衡量的Fe，上述材料经冶炼制成钢锭，再依次制成圆棒料及盘形滚刀刀圈的毛坯，把工件毛坯进行退火处理时应将工件先加热至870℃，而后使工件保温300分钟后，再使工件以1.5℃/min的速度降温，当工件温度降至740℃时，再保温120分钟，而后工件仍以1.5℃/min的速度降温，当工件温度降为400℃时，将工件放入大气内继续冷却至室温，把冷却后的工件进行车削，经车削后的工件在淬火处理时应先将工件加热至650℃，保温80分钟后再次加热至1060℃，保温60分钟后使其迅速冷却至室温；冷却速度均大于120℃/min，而后进行两次回火处理，在第一次回火处理中把工件加热至560℃，保温190分钟后使其降至室温，在第二次回火处理中工件加热至500℃保温150分钟后再使其降至室温，两次回火处理中，工件降温速度均为80℃/min；热处理后的工件需经再加工和检测，其要求与实施例1相同；其他工艺条件也与实施例1相同。
本发明中退火处理中工件毛坯加热后的保温可在加热炉内进行，也可在其他介质中进行；淬火处理中，工件冷却时可在油中进行，也可在其他液态形介质中进行。对冲击值测试时也可采用试棒。