[发明专利]一种TBM用刀座材料的制备方法及应用

说明书

本发明属于中碳合金钢领域，具体涉及一种TBM用刀座材料的制备方法及应用。该方法包括：(1)加工刀座粗坯；(2)对刀座粗坯进行表面渗碳处理，得到带有渗碳层的刀座；(3)将带有渗碳层的刀座在‑100～‑150℃进行深冷处理，之后恢复到室温，得到经过深冷处理的刀座；(4)将经过深冷处理的刀座在200～300℃的油中进行回火处理，得到经过回火处理的刀座；(5)至少在刀座上与滚刀轴接触部位通过激光熔覆或镀膜形成强化层。本发明中，合理选择刀座材质及处理工艺，赋予材料外硬内韧，耐受冷冲击能力，满足刀座与基体上刀座安装孔的过盈配合设计，解决刀座强度低、易压溃、开裂和更换不方便的问题。

技术领域

本发明属于中碳合金钢领域，具体涉及一种TBM用刀座材料的制备方法及应用。

背景技术

岩石隧道掘进机，主要是依靠盘形滚刀挤压岩石达到破碎岩体的目的，滚刀被称为TBM的“牙齿”，刀箱则是牙床，承载着破岩时的交变载荷。随着岩石强度的增加，滚刀挤压破岩的效率逐步下降，滚刀刀箱异常磨损和更换频率也随之增加。由于滚刀刀箱焊接在刀盘上，出现裂纹及开裂现象需要更换时，费时费力且严重影响施工进度，降低掘进效率进而增加隧道施工成本。

公布号为CN111119915A的中国发明专利申请提出一种高强度刀箱，包括外刀箱和内刀箱，外刀箱采用低合金结构钢材料，内刀箱采用低碳中合金结构钢材料，内外刀箱采用焊接的方式连接。在应用中此类刀箱存在下列问题：(1)内、外刀箱工艺复杂，需经过锻造、粗加工、探伤、调质处理、焊接等工艺完成；(2)最终刀箱需焊接在刀盘中，此处焊接工艺要求高，同时焊接易产生较大应力，工作过程中易产生开裂；(3)刀箱与刀盘焊接连接的工艺，造成刀箱更换比较困难。(4)采用装配的方式，在强振动下，螺栓易松动，经常出现螺栓断裂的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TBM用刀座材料的制备方法，解决刀座强度低、易压溃、开裂和更换不方便的问题。

本发明的第二个目的在于提供上述方法所得刀座在TBM中的应用。

为实现上述目的，本发明的TBM用刀座材料的制备方法的技术方案是：

一种TBM用刀座材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)加工刀座粗坯；所述刀座粗坯为中碳合金钢，由以下质量分数的组分组成：C：0.30-0.45％、Si：0.2-0.40％、Mn：0.50-0.80％、Cr：0.60-0.90％、Ni：1.25-1.65％、W：0.5-0.8％、Mo：0.15-0.25％、V：0.15-0.20％、Ti：0.07-0.10％，允许残余含量Cu≤0.25％、S≤0.025％、P≤0.025％，余量为铁；

(2)对刀座粗坯进行表面渗碳处理，得到带有渗碳层的刀座；

(3)将带有渗碳层的刀座在-100～-150℃进行深冷处理，之后恢复到室温，得到经过深冷处理的刀座；

(4)将经过深冷处理的刀座在200～300℃的油中进行回火处理，得到经过回火处理的刀座；

(5)至少在刀座上与滚刀轴接触部位通过激光熔覆或镀膜形成强化层。

本发明的刀座材料的制作方法，合理选择刀座材质及处理工艺，赋予材料外硬内韧，耐受冷冲击能力，满足刀座与基体上刀座安装孔的过盈配合设计，解决刀座强度低、易压溃、开裂和更换不方便的问题。

优选的，步骤(2)中，渗碳层的厚度为1～2mm。渗碳层中的C含量为1～1.2％，表面硬度为58-62HRC。采用表面渗碳处理，有利于形成外硬内韧的结构，利于后期精加工时获得高的表面质量，利于过盈装配。