本發(fā)明涉及采掘機械用截齒的生產(chǎn)加工技術領域，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：

　　采掘機械用截齒是采掘機械上的關鍵部件，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合金頭兩部分組成，硬質合金頭釬焊在截齒齒體端部。截齒使用過程中，其作業(yè)的環(huán)境非常惡劣，截齒要承受高壓應力、剪切力、沖擊載荷、與礦層進行劇烈摩擦等，使得截齒齒頭很容易被磨損，尤其是截齒齒體頂部磨損嚴重，導致截齒齒體頭部直徑快速減小至失去對硬質合金頭根部的保護和支撐作用，硬質合金頭突出而脫落，使得硬質合金頭在未被完全磨損的情況下截齒提前失效，非正常報廢，使截齒壽命大幅縮短，增加開采成本，影響生產(chǎn)效率，因此提高截齒齒體的耐疲勞性、耐磨性對提高采掘機械的運轉率，增加生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益，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，對其進行常規(guī)熱處理或在截齒齒體表面堆焊一層耐磨焊條來增加耐磨性，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，工藝方法復雜，生產(chǎn)效率低，成本高，噴涂層與基體結合強度低，容易脫落，容易使截齒齒體脆性增加，韌性降低，導致綜合機械性能降低。

　　gcr15simn是使用比較廣泛的軸承鋼。其特點在于經(jīng)過淬火處理后的最高硬度可以達到65hrc以上。具有很好的耐磨性。但在高硬度時，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，無法滿足截齒的使用要求。

　　技術實現(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，對齒體進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硬質合金齒頭部分的周側外表面進行等離子弧表面淬火處理，硬度達到63～67hrc；齒體頂部表面的硬化層硬度高，表面光潔且處于壓應力狀態(tài)，具有良好的耐疲勞、耐磨損性能，對截齒齒頭有非常好的保護作用，可有效提高截齒的使用壽命。

　　本發(fā)明的技術方案如下：

　　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)、先將齒體坯料通過熱鍛加工成型得到齒體毛坯，然后進行正火、球化退火處理，然后采用機械加工的方法將齒體毛坯加工到指定尺寸得到齒體，然后對齒體進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，通過釬焊的方式將硬質合金頭焊接在齒體頂端的鑲嵌孔中，得到截齒；

　　(4)、對截齒齒體局部或全部的表面進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)生預設軌跡的相對運動；

　　(42)、在截齒與等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生相對運動的過程中，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，進行快速加熱，將該表面金相組織結構轉化成奧氏體組織，整個加熱過程中不能熔化，在依靠自身快速冷卻后，形成馬氏體組織，即形成硬化層，實現(xiàn)對該表面的硬化；最終，通過等離子弧發(fā)生器與截齒之間的相對運動，實現(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℃，保溫時間為1小時，油冷；高溫回火處理的加熱溫度為550℃～600℃，回火時間為2小時；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運動的線速度為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上，進行快速加熱，加熱時間均不大于6秒。

　　本發(fā)明的有益效果：

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

　　2、本發(fā)明對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硬質合金齒頭部分的周側外表面進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，無硬度梯度。

　　3、進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，且處于壓應力狀態(tài)，提高了齒體的耐疲勞性能。

　　4、本發(fā)明相對于其它表面淬火處理工藝，具有節(jié)約能源、工藝簡潔、操作方便的特點；且工藝過程采用等離子弧熱源，設備緊湊，維護方便，有利于技術的推廣和應用。

　　附圖說明

　　圖1為本發(fā)明工藝流程圖。

　　圖2為本發(fā)明中截齒的結構示意圖。

　　圖3為實施例中的硬度分布圖。

　　具體實施方式

　　參見圖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)、先將齒體坯料通過熱鍛加工成型得到齒體毛坯，然后進行正火、球化退火處理，然后采用機械加工的方法將齒體毛坯加工到指定尺寸得到齒體，然后對齒體進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，通過釬焊的方式將硬質合金頭焊接在齒體頂端的鑲嵌孔中，得到截齒；

　　(4)、對截齒齒體局部或全部的表面進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)生預設軌跡的相對運動；

　　(42)、在截齒與等離子弧發(fā)生器產(chǎn)生相對運動的過程中，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，進行快速加熱，將該表面金相組織結構轉化成奧氏體組織，整個加熱過程中不能熔化，在依靠自身快速冷卻后，形成馬氏體組織，即形成硬化層，實現(xiàn)對該表面的硬化；最終，通過等離子弧發(fā)生器與截齒之間的相對運動，實現(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℃，保溫時間為1小時，油冷；高溫回火處理的加熱溫度為550℃～600℃，回火時間為2小時；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運動的線速度為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上，進行快速加熱，加熱時間均不大于6秒。

　　如圖2所示，本發(fā)明的原理為：1為硬質合金齒頭，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，然后對齒體2進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頂端加工出硬質合金齒頭鑲嵌孔，通過釬焊方式將硬質合金齒頭1焊接在齒體2頂端的鑲嵌孔中。焊接牢固后，對齒體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的頂部用于保護硬質合金齒頭1部分的周側外表面，下同)進行等離子弧表面淬火處理，使a區(qū)的硬度達到63～67hrc，硬化深度為0.4～3mm。

　　對gcr15simn齒體進行淬火和高溫回火處理，可使gcr15simn齒體獲得良好的強塑性配合。等離子弧為高能密度熱源，當?shù)入x子弧作用于截齒齒體表面時，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，隨后通過截齒基體的快速熱傳導散熱，使得加熱部分快速冷卻，相變溫度以上的區(qū)域形成晶粒細小的馬氏體組織，進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，表面處于壓應力狀態(tài)；處理時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。gcr15simn截齒綜合運用鍛造后正火、球化退火處理，機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，進而大幅提高了截齒的使用壽命。

　　應用舉例如下：

　　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℃，保溫時間1小時；高溫回火加熱溫度為600℃，回火時間為2小時，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運動的線速度為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型小負荷維氏硬度計檢測硬度，檢測的順序從試樣表面開始，每隔0.2mm測量一個硬度值，測量結果如表一所示，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標準換算，硬化層的硬度值為64.7～66hrc，硬化層深度超過2.0mm。

　　表一