[发明专利]一种聚晶金刚石滚刀刀圈及其制作工艺

说明书

一种聚晶金刚石滚刀刀圈，包括刀圈基体和均匀设置在刀圈基体外圆周表面的齿尖；其中刀圈基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.30～0.38%、Si为0.6～0.8%、Mn为0.20～0.65%、Cr为2.7～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、Nb为0.05～0.15%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%，Fe余量；齿尖由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层组成。本发明还公开了一种聚晶金刚石滚刀刀圈的支座工艺。本发明将刀圈基体和齿尖采用分体制造而成，并分别采用独特的加工工艺，使刀圈基体的高冲击韧性和聚晶金刚石复合片高的抗压强度、硬度和耐磨性结合起来，故能轻易破碎岩石的同时具有极高的寿命，也大大提高了施工掘进效率。

技术领域

本发明属于隧道、地铁施工技术领域，尤其涉及一种聚晶金刚石滚刀刀圈及其制作工艺。

背景技术

目前，我国采用盾构、TBM法施工山岭隧道、城市地铁进入蓬勃发展时期，盾构、TBM法以其地质条件适应性强、施工速度快、对周边环境干扰少等优点日益成为隧道施工工法首选，而国内一些在建地铁的城市经常遇到岩石抗压强度达到甚至超过100MPa的硬岩地层或研磨性极强的砂岩地层，盾构机在此地层中掘进，传统的钢制滚刀刀圈磨损严重，导致换刀频繁，加大了施工风险和工程成本。 目前，滚刀刀圈常采用的材料为4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、H13等，但这些刀圈材料均为单一的合金钢材质，在硬岩和砂岩岩层掘进中，存在耐磨性差或者容易断裂的问题。对于一般条件下制备的金属材料而言，硬度和韧性是一对矛盾，硬度提高势必降低材料的韧性。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种韧性强、硬度高、耐磨性高、抗压性能好的聚晶金刚石滚刀刀圈及其制作工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种聚晶金刚石滚刀刀圈，包括刀圈基体和均匀设置在刀圈基体外圆周表面的齿尖；其中刀圈基体的各原料所占的质量百分比分别为：C为0.30～0.38%、Si为0.6 ～0.8%、Mn为0.20 ～0.65%、Cr为2.7 ～3.5%、Mo为2.6～3.4%、V为1.05～1.40%、Nb为0.05～0.15%、杂质P≤0.02%、杂质S≤0.02%，Fe余量；

齿尖由硬质合金基体和聚晶金刚石耐磨层组成，聚晶金刚石耐磨层的各原料所占的质量百分比分别为：金刚石为80%-82%，Si为6%-7%，Co为12%-13%。

刀圈基体的整体硬度为HRC48～53，冲击韧性为27～37J/cm2。

一种聚晶金刚石滚刀刀圈的制作工艺，包括以下步骤：（1）对刀圈基体进行制作，在刀圈基体圆周表面均匀设置安装槽；

（2）对齿尖进行制作；

（3）将齿尖的硬质合金基体通过镶嵌后焊接的方式均匀固定到刀圈基体的安装槽内。

步骤（1）具体制作步骤为：

a、所述的刀圈基体的各原料依次经过电炉冶炼、电渣重熔、预锻、模锻、缓冷、退火、粗加工工序后获得盘形结构的刀圈基体粗坯；

b、刀圈基体粗坯再经高温真空淬火加二次高温回火、低温去应力处理、精加工后获得整体硬度HRC48～53、冲击韧性27～37J/cm2的刀圈基体。

步骤b中刀圈基体粗坯经高温真空淬火加二次高温回火的规范为：淬火温度1050℃-1070℃，淬火油温度30℃-50℃，回火温度600℃-620℃、560℃-570℃各一次。

步骤b中进行低温去应力处理的温度为250-370℃，保温时间1.5-2小时，采用真空炉或气氛保护炉。

滚刀刀圈在真空炉或气氛保护炉加热到150-190℃，保温35-50分钟，随炉温自然冷却。

步骤（2）具体制作步骤为：