[发明专利]大型机械刃具用钢及热处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，特别涉及一种大型机械刀刃用钢及热处理工艺。

背景技术

在工农业生产领域中，常用的大型机械有推土机、装载机、抓钩机等，而刀刃是构成整体机械的主要工作部件。例如，推土机在农垦、水利、矿山、筑路、港口和军事工程中发挥着重要的作用。刀刃是推土机的前沿刀板，在强力作用下直接铲入沙石、泥土等物料，并与物料发生强烈摩擦和撞击，工作环境十分恶劣，刀刃材质的好坏将直接影响其使用寿命。因此，对刀刃材质的要求也相当苛刻，它不仅要具有较高的强度，而且要有良好的耐磨性能。目前，此类刀刃一般是采用高锰钢制成。但近年来的研究表明，由于高锰钢的组织结构为奥氏体，硬度较低，耐磨性较差，尤其在经受剧烈冲击的情况下，短时间内得不到加工硬化，在抵抗中小能量撞击物料磨损的状况下，高锰钢并不耐磨。因而导致研磨初期磨损速度较快，使用寿命较短。

为了解决刀刃钢的磨损问题，专利号为200310103856.3的文献中公开了一种“装载机整体式耐磨铲刀刃的材料、热处理及焊接方法”。所述的耐磨铲刀刃材料为国产钢材1E921，成分含量为：C 0.15-0.20，Si0.15-0.35，Mn0.95-1.30，P≤0.035，S≤0.040，Cr0.40-0.65，Mo0.25-0.35，B 0.0005-0.0030。这种材质的钢虽然耐磨性较好，但抗拉强度偏低，仅为1450Mpa，只能在较小的冲击载荷下工作，难以承受强力撞击与较大的载荷，尚不能满足大型机械在各种及其恶劣工况下实际生产的需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供了一种大型机械刃具用钢及热处理工艺。该钢化学成分配比合理，热处理工艺简单、可行，不仅强度高、韧性好，而且能承受较大的冲击和剧烈的撞击，具有优良的抗磨料磨损性能，其综合性能优于现有的含锰钢和1E921钢，是用于大型机械制作刀刃的理想材料。

本发明是这样实现的：

大型机械刃具用钢的化学成分是以C、Cr、Mo合金元素为主，辅加微量的B元素。各成份含量(wt％)为：C 0.25-0.40，Si 1.50-2.00，Mn 0.25-0.75，P≤0.030，S≤0.030，Cr 0.45-0.90，Mo 0.08-0.18，B 0.0005-0.0050，其余为Fe和不可避免的杂质。

本发明中各合金元素的配比及主要作用在于：

C：C是决定钢强度的主要元素之一。若C含量过高，组织中易产生网状碳化物，导致脆性增加；若C含量过低，会使硬度下降，从而降低钢的耐磨性能。

Si：Si是钢中常见的元素，在钢中不形成碳化物，是以固溶体的形式存在于铁素体或奥氏体中，用以提高钢中固溶体的强度和冷加工变形硬化率的作用。

Cr：Cr是提高钢淬透性的主要合金元素，铬和铁形成连续固溶体，与碳形成多种碳化物，能显著改善钢的抗氧化作用，增强钢的抗腐蚀能力。在钢中加入Cr，能有效提高钢的淬透性，强化基体组织。

Mo：Mo在钢中即可提高钢的淬透性，又能促进贝氏体转变，还能改善钢的凝固性。

B：B是我国比较富有的一种合金。在钢中加入微量的B，能与Cr、Mo等其它金属形成高熔点的硼化物，吸附在晶界上，起弥散强化作用，同时还能成倍地提高钢的淬透性，有利于贝氏体形成。

本发明提供两种刃具用钢的热处理工艺：

I.若钢件在较强烈的冲击载荷磨料磨损工况下使用时，应选取碳含量为中下限的钢，其热处理工艺为：

淬火：920-930℃，保温2-2.5min，水淬；

回火：230-240℃，保温2-3.0min，空冷。

经此种热处理后的钢能够获得板条马氏体加下贝氏体组织，因而具有良好的强韧性，可用于制造机械中承受强烈冲击磨损的备品备件，如推土机刀刃、装载机耐磨铲刀刃等。

II.若钢件在一般能量冲击载荷磨料磨损工况下使用时，应选取碳含量为中上限的钢，其热处理工艺为：

淬火：900-910℃，保温2-2.5min，油淬；

回火：220-230℃，保温2-3.0min，空冷。

经此种热处理后的钢具有良好的耐磨性能，适用于制造机械中承受中强度磨料磨损的备品备件，如农机耙片、犁铧等。

本发明克服了现有技术存在的不足，具有如下优点：

1、钢的成分配比合理，选取我国富有的硼元素进行微合金化是降低成本，提高钢强韧性的有效措施；