[发明专利]一种挖掘机斗齿及具有该斗齿的挖掘机

说明书

本发明公开一种挖掘机斗齿及具有该斗齿的挖掘机。该斗齿为Fe‑Mn‑Al‑C轻质高锰钢，具有低成本、高硬度和冲击韧性，该斗齿的制备是在对一定合金含量的铸件进行精确热处理后，还进行表面爆炸硬化处理。经过上述处理的挖掘机斗齿的表面硬度≥380 HB，冲击韧性（V型缺口）≥100J/cm²，抗拉强度≥840MPa，平均耐磨性为2.2~2.5g^‑1，平均耐磨性提高了40%~50%，由此具有高强度、高耐磨以及高韧性等特点，延长了使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种斗齿，尤其涉及一种挖掘机斗齿及具有该斗齿的挖掘机。

背景技术

挖掘机斗齿是挖掘机上的重要易耗部件，是由齿座和齿尖组成。由于磨损导致矿用机械的部分零件的过早失效提高了采矿的经济成本。斗齿是挖掘机的关键易损件，其作业对象是矿石、岩石或土，工况条件十分恶劣。挖掘机工作时，斗齿不但存在严重的磨料磨损，同时还要承受一定的冲击载荷，所以斗齿的寿命往往很短，消耗量巨大。我国目前服役的2m³以上大型矿山挖掘机有2000~2500台, 斗齿的直接经济损失达到3000万元/年左右,与此同时, 因设备损坏、停机、停产而造成间接经济损失更大。由此可见，对斗齿的结构、材质、作用机理的研究具有很高的经济效益。为了提高斗齿的寿命，降低生产成本，提高挖掘机工作效率，各国都进行了大量的研究。总结了几种提高斗齿寿命的工艺途径，其中包括提高钢的纯度、热处理、预硬化处理、堆焊、电渣熔铸、镶块和粉末喷焊等。中国专利CN105598639A介绍了挖掘机斗齿的制造方法，具体在热处理方面做出了优化，提高了斗齿的质量，同时也降低了成本，但对挖掘机斗齿整体寿命提升空间有限。为了适应矿山严酷的工况，延长斗齿使用寿命，提高挖掘机效率，研制一种成本低、硬度高、耐磨性好、抗冲击性好的新材料迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种高强度、高韧性、耐磨性较好、生产成本适中的挖掘机斗齿及其制备方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种挖掘机斗齿，所述斗齿是一种自主研发的Fe-Mn-Al-C轻质高锰钢，具有低成本和比传统高锰钢更强的硬度和冲击韧性。所述斗齿的制备是在对一定合金含量的铸件进行精确热处理后，还进行表面爆炸硬化处理。

进一步的，所述铸件的合金含量（重量百分比）为：C：1.0~1.30%、Si：0.30~0.50%、Mn：22.0~25.0%、Al：6.0~8.0%、B：0.002~0.005%、RE（La和Ce混合稀土）：0.30~0.40%、P0.0015%、S0.0015%，余量为Fe。所述铸件中还包含不可避免的杂质。

本发明挖掘机斗齿化学成分的作用为：

C：碳是决定高锰钢力学性能和耐磨性的主要元素，但含量过高时，造成显微裂纹（且超过1.5%时钢就会明显脆化）；碳含量过低时，虽然韧性高，但耐磨性不够。含量选取1.0~1.30%为最佳，使高锰钢韧性和耐磨性达到最佳。

Mn：它既能提高高锰钢的工硬化能力，又保持了高韧性的单相奥氏体组织。大断面和结构复杂的铸件含锰量应高些，用于强烈冲击的铸件，则采用低碳和高锰。考虑到斗齿的工作环境以及后续进行的表面爆炸处理，含量选取22.0~25.0%，保证了高的加工硬化率和高韧性。

Si：硅在高锰钢中可以固溶于奥氏体中，提高固溶体的硬度和强度，强化固溶体的作用，提高屈服强度。

Al：加入传统高锰钢没有的铝，可改善了高锰钢奥氏体晶粒的异常长大的问题，还可以减少并消除高锰钢铸态组织中的网状二次碳化物，并且还可以提高铸态奥氏体基体加工硬化能力，在重量上也有了很大的减少。含量选取6.0~8.0%。