[发明专利]一种挖掘机斗齿及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及挖掘机的斗齿，属于机械设备技术领域，具体涉及一种挖掘机斗齿及其制造方法。

背景技术

斗齿一般装在挖掘机挖斗的前端，在工作时直接与岩石、矿石等物料接触，当斗齿切割物料时，斗齿与物料发生相对运动，在表面产生很大的正挤压力，从而在斗齿工作面和物料之间产生较大的摩擦力，斗齿要承受冲击作用，在挖掘时，又要承受弯矩作用，由于长时间承受较大的冲击，斗齿表面产生不同程度的磨损，进而产生深度较大的犁沟，导致变形、脱落，现在挖掘机广泛应用于建筑工地、开山挖矿，数量多，其中斗齿是易损件，每年更换的数量庞大，价值无法估量，所以设计出一种耐磨斗齿，提高斗齿的使用寿命，意义重大。

发明内容

本发明的目的是提供一种挖掘机斗齿及其制备方法，在斗齿材料各组分间相互作用，及激光熔覆、热锻压下，制备的挖掘机斗齿件具有较高的硬度，良好韧性，以及高耐磨、高耐腐蚀性能。

为了达到本发明的一个目的，本发明采用以下技术方案：

一种挖掘机斗齿，所述斗齿材料包括合金钢，所述合金钢由以下重量百分比组分组成：

Al：3.8～4.9％，Zn：5.2～6.8％，Mn：1.0～1.9％，Cr：13～18％，Os：0.59～0.84％，Hf：1.9～2.8％，B：0.45～0.62％，Cu：0.2～0.8％，Nb：1.8～4.2％，C：0.1～0.5％，余量为Fe。

Os和Hf为高硬度元素，而B元素能够插入到Os和Hf密排六方结构中的间隙位置从而形成的硼化物，Os和Hf的硼化物属于高硬质相，其存在能够有效提高组织的强度。且Hf具有很强的吸氢性，能起到净化钢成分的作用。很有意思的是，我们的实验发现，当Os或Hf在合金中单独存在时，对合金强度的提高没有显著帮助，而当二者复合存在时，二者之间以及二者与其他元素之间的相互作用，使得合金材料的强度大幅度提高。

具有高强度和好的韧性的合金钢是最理想的。但是，实际上这两方面的性能是互相矛盾的，往往提高了强度，却降低了塑韧性，提高了塑韧性，强度又出现不足。本发明正是复合使用化学成分Al、Zn、Mn、Cr、Os、Hf、B、Cu、Nb、C，余量为Fe，通过严格控制每种元素的含量，使材料具有优异的强度、韧性、耐腐蚀性能等，综合性能优异。

作为优选，所述合金钢组分满足5.5≤(Os+Hf)/B≤7。Os、Hf和形成硼化物，相应的比例处于严格的范围，Os和Hf过多，会降低材料的韧性。

作为优选，所述Hf和Os的质量比为(3～4):1。

为了达到本发明的另一个目的，本发明采用以下技术方案：一种挖掘机斗齿的制备方法，所述制备方法包括：将称量好的原料在惰性气体下加热至700～740℃进行熔化，加入熔化液总量0.2～0.8％变质剂处理5～10min，去除渣，降至650～700℃后进行浇铸，获得铸坯，铸坯进行表面激光熔覆，再进行热锻压，切边、冲孔、打磨、抛丸，得挖掘机斗齿。

作为优选，所述变质剂为Ti：8～12％、Zr：10～18％和Yb：20～28％，余量为Fe。Zr和Yb性质活泼，易与熔液中的杂质元素形成化合物，大部分成为渣系被扒除，小部分成为异质核心，起细化碳化物和晶粒的作用；Ti和Yb易于在共晶碳化物表面吸附，从而有助于共晶碳化物细化和分散。使用本发明变质剂，有效净化熔液、细化组织，对提高冲击韧度有显著的效果。

作为优选，所述激光熔覆材料为：短切碳纤维30～45％，碳化硅晶须50～65％，聚乙烯5～10％。聚乙烯在激光熔覆过程中，一部分聚乙烯会渗入合金基体，提高熔覆层与基体的结合强度，另一部分覆盖在合金表面，降低激光熔覆时合金组分与与空气中氧、氮的结合，从而对合金有一定的保护作用。短切碳纤维和碳化硅晶须的复合使用，在聚乙烯作用下，均匀熔覆在基体表面，提高合金的表面性能。

作为优选，熔覆层厚度为0.3～0.5mm。熔覆层厚度要低于普通合金熔覆层厚度，因短切碳纤维和碳化硅晶须复配使用，使用较少的量也能达到良好的效果。

本发明采用的激光熔覆机，工艺参数为：光斑直径2～3mm，送粉量3～5g/min，功率1000～1500W，扫描速度3～5mm/s。

作为优选，所述热锻压包括：将激光熔覆处理后的合金钢在微波高温炉中加热至850～1000℃，保温10～20min，移至预热至700～900℃的锻压机，在压力为55MN～65MN下锻造5～8min。