[发明专利]一种耐磨损盾构机硬岩刀圈及其制备方法和应用

说明书

本发明属于盾构机刀具技术领域，特别涉及一种耐磨损盾构机硬岩刀圈及其制备方法和应用。本发明提供的耐磨损盾构机硬岩刀圈的制备方法，包括以下步骤：提供刀圈毛坯；将所述刀圈毛坯依次进行淬火处理和渗氮回火处理，得到所述耐磨损盾构机硬岩刀圈。本发明在经过淬火处理形成硬岩刀圈刀体的马氏体后，进行渗氮回火处理，有利于使得硬岩刀圈的表面形成一层疏松的渗氮化合物层，该渗氮化合物层为白亮层，具有硬度高、耐磨性好的特点。此外，渗氮化合物层疏松多孔，在使用时浸润润滑剂，可有效地提高硬岩刀圈表面的润滑效果，有利于在不影响刀圈的冲击破岩过程的条件下减小磨损。

技术领域

本发明属于盾构机刀具技术领域，特别涉及一种耐磨损盾构机硬岩刀圈及其制备方法和应用。

背景技术

盾构机是专用于隧道掘进的超大型机械设备，盾构机刀盘上整齐装备着可更换的盘形滚刀，通过刀盘的旋转与推进，利用滚刀最外侧刀圈的碾压与冲击使岩石，利用多次冲击使裂纹扩展，当裂纹贯通后，岩石剥落，进而逐步贯通隧洞(盾构机刀圈工作原理示意图见图1)。

硬岩环境经常有大直径石块，这种石块会对盾构机刀具造成很大的冲击，软岩刀具很容易因为冲击而产生崩刃，因而硬岩对刀具耐磨性提出很高的要求。

目前，领域内科研人员也提出了一些提高刀具耐磨性的技术方案。如中国发明专利CN106566983B，公开了高性能盘型滚刀刀圈材料及其生产工艺，用此刀圈材料加工出的刀圈的硬度达到58～60HRC，冲击功为14～16J/cm²，较H13钢硬度更高且韧性也提高，提高了刀圈使用寿命，但是该专利所述的刀圈材料，在锻造时易出现大尺寸的一次碳化物且易开裂；中国发明专利CN103737273B公开了一种激光熔覆WC耐磨涂层的新型滚刀的制作工艺，在刀齿间制备一层耐磨涂层，防止刀齿脱落，但该专利熔覆层合金与刀圈基材材料的熔点差异过大，形成不了良好的冶金结合，而且熔覆层WC熔点过高，熔覆层熔化小，表面光洁度下降，基材表层过烧严重污染熔覆层，也极易出现气孔，成为熔覆层中的裂纹源，将直接影响熔覆层的耐磨、耐蚀性能，并不适于作为硬岩刀圈。以上方法均存在抗蚀、抗开裂性能差且硬度不够的缺点，无法满足硬岩刀圈的使用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种耐磨损盾构机硬岩刀圈及其制备方法，由本发明提供的制备方法制备得到的耐磨损盾构机硬岩刀圈具有表面硬度高、耐磨性好的特点。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种耐磨损盾构机硬岩刀圈的制备方法，包括以下步骤：

提供刀圈毛坯；

将所述刀圈毛坯依次进行淬火处理和渗氮回火处理，得到所述耐磨损盾构机硬岩刀圈。

优选的，所述刀圈毛坯的材质为4Cr5MoSiV1、3CrW8V、H11、H12或Cr12MoV。

优选的，所述淬火处理的温度为1020～1070℃，保温的时间为20～40min；升温至淬火处理温度的升温速率为5～15℃/min；所述淬火处理中冷却的方式为油冷、空冷或盐浴冷。

优选的，所述渗氮回火处理的工艺包括以下步骤：

在氨气氛围中，对淬火处理所得刀圈坯依次进行保温和冷却。

优选的，所述氨气的分解率为30～50％。

优选的，所述保温的温度为560～580℃，保温的时间为20～40h。

优选的，所述冷却的降温速率为10～15℃/min。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法得到的耐磨损盾构机硬岩刀圈，包括耐磨损盾构机硬岩刀圈刀体，所述耐磨损盾构机硬岩刀圈刀体的表层为渗氮化合物层；

所述渗氮化合物层的厚度为0.5～1.5mm。