一种钎杆及其制备方法与流程

本申请涉及冶炼领域，具体涉及一种钎杆及其制备方法。

背景技术：

1、钎杆是破碎锤破岩主要工具，在工作过程中持续对矿山硬岩进行高频冲击，来实现对矿山硬岩的开采和破碎工作，钎杆性能的优劣是直接影响破碎设备能否安全作业的关键。为此，钢铁材料设计和先进制造方法是解决高性能钎杆的有效途径。现有技术主要是针对打击能量在53kj以下的破碎锤，采用42crmo、40crnimo等中碳低合金钢经淬火+中高温回火工艺制成钎杆，但是该材料和工艺所制备的钎杆已经无法满足打击能量在110kj、表面温升500℃矿山开采用破碎锤的使用工况。

技术实现思路

1、本申请提供了一种钎杆及其制备方法，以使钎杆满足更高的打击能量需求。

2、本申请的第一方面提供了一种钎杆，以重量百分比计，钎杆的材料元素组成包括0.40％-0.45％c，1.4％-1.85％si，1.5％-1.85％ni，0.7％-1.85％cr，0.65％-1.25％mn，0.35％-0.90％mo，0.01％-0.25％w和/或v，0.1％-0.35％ti，0.05％-0.25％cu，p＜0.01％，s＜0.01％和余量的fe。

3、在第一方面的任一实施方式中，钎杆包括一体成型的杆体和撞击头部，杆体的抗拉强度大于1800mpa、屈服强度大于1600mpa、平面应变断裂韧度kic为90mpa.m1/2-105mpa.m1/2、冲击韧性47j/cm2-55j/cm1/2、洛氏硬度hrc为45-51；撞击头部的抗拉强度大于2000mpa、屈服强度大于1700mpa、平面应变断裂韧度kic为80mpa·m1/2-95mpa·m1/2、冲击韧性42j/cm2-45j/cm2、洛氏硬度hrc为49-53。

4、在第一方面的任一实施方式中，杆体的金相组织包括回火索氏体，优选回火索氏体的体积含量为80％以上；优选撞击头部的金相组织包括回火马氏体+贝氏体+粒状碳化物+残余奥氏体复合组织，优选回火马氏体的体积含量为45％-55％，优选贝氏体的体积含量为35％-45％。

5、本申请的第二方面提供了一种钎杆的制备方法，该制备方法包括：按照元素组成0.40％-0.45％c、1.4％-1.85％si、1.5％-1.85％ni、0.7％-1.85％cr、0.65％-1.25％mn、0.35％-0.90％mo、0.01％-0.25％w和/或v、0.1％-0.35％ti、0.05％-0.25％cu和余量的fe准备原料，将原料进行真空熔炼得到钢锭，真空熔炼包括依次进行真空感应电弧熔炼和真空电渣重熔熔炼，或真空感应电弧熔炼和真空自耗电弧熔炼；将钢锭进行组织致密化加工，得到钎杆毛坯；将钎杆毛坯进行机械加工，得到钎杆工件，钎杆的横截面直径为dmm；将钎杆工件进行组织平衡态热处理；将组织平衡态热处理的钎杆工件进行淬火处理；将淬火处理的钎杆工件进行第一次整体回火处理；将第一次整体回火处理的钎杆工件的杆体进行第二次局部回火处理，得到钎杆。

6、在第二方面的任一实施方式中，组织致密化加工包括对钢锭进行热等静压处理，优选热等静压处理的温度为1000℃-1150℃、气体压力为100mpa-180mpa、热等静压时间为t1，t1＝0.1-1.0d(min)，d为钢锭的横截面的有效尺寸，冷却方式为随炉冷却。

7、在第二方面的任一实施方式中，组织致密加工包括对钢锭依次进行整体锻造处理和二次锻造处理，优选整体锻造处理的锻造温度为920℃-1100℃、锻造比为2.0-3.0，冷却方式为空冷；优选二次锻造处理的对象为钢锭中预形成撞击头部的位置，二次锻造处理的温度为920℃-1160℃、锻造比为3.0-4.5，冷却方式为空冷。

8、在第二方面的任一实施方式中，组织平衡态热处理后的钎杆工件的表面硬度为220hb-330hb，金相组织为铁素体+珠光体，铁素体的晶粒度在8级以上，优选组织平衡态热处理包括：将钎杆工件加热至730℃-830℃并保温t2，t2＝1.5d-1.9d(min)；保温t2时间结束后将钎杆工件随炉冷却至500℃后空冷至室温。

9、在第二方面的任一实施方式中，淬火处理后钎杆工件的金相组织为马氏体，马氏体的等级小于4级，优选淬火处理包括：将经组织平衡态热处理后的钎杆工件加热至900℃-960℃并保温t3，t3＝1.1d-1.3d(min)；保温t3时间结束后采用淬火介质冷却t4时间至ms温度以下，t4为0.1d-0.2d(min)，优选淬火介质为水基淬火液。

10、在第二方面的任一实施方式中，第一次整体回火处理的温度为350℃-450℃，第二次局部回火处理的温度为480℃-580℃。

11、在第二方面的任一实施方式中，第一次整体回火处理包括：将淬火处理后的钎杆工件整体加热至350℃-450℃并保温t5，t5＝3.3d-6.6d(min)；保温t5后在空气中冷却。

12、在第二方面的任一实施方式中，第二次局部回火处理包括：将第一次整体回火处理后的钎杆工件的杆体二次回火加热至480℃-580℃并保温t6，t6＝1.1d-2.5d(min)；保温t6后在空气中冷却，得到破碎工具。

13、相对于现有中碳低合金钢，本申请的钎杆中si、ni元素含量的增加有助于提高合金的淬透性，进而提高钢的强度，且高si含量阻止碳化物向渗碳体转变，高ni含量提高冲击疲劳性能，获得超高强度，微量合金元素大大细化合金组织。同时，该钎杆的抗拉强度、屈服强度较高、断裂韧性较强、冲击韧性也较强，各强度相互配合因此可以满足打击能量在更高的打击能量(比如111kj)需求，有效解决了破碎工作过程中发热软化问题、磨损问题、断裂等问题，从而延长了钎杆的使用寿命，使用寿命较现有技术提高1倍左右，比如破碎石灰岩或花岗岩使用寿命可达150小时，且提高了破碎效率。

技术特征：

1.一种钎杆，其特征在于，以重量百分比计，所述钎杆的材料元素组成包括0.40％-0.45％c，1.4％-1.85％si，1.5％-1.85％ni，0.7％-1.85％cr，0.65％-1.25％mn，0.35％-0.90％mo，0.01％-0.25％w和/或v，0.1％-0.35％ti，0.05％-0.25％cu，p＜0.01％，s＜0.01％和余量的fe。

2.根据权利要求1所述的钎杆，其特征在于，所述钎杆包括一体成型的杆体和撞击头部，所述杆体的抗拉强度大于1800mpa、屈服强度大于1600mpa、平面应变断裂韧度kic为90mpa.m1/2-105mpa.m1/2、冲击韧性47j/cm2-55j/cm1/2、洛氏硬度hrc为45-51；所述撞击头部的抗拉强度大于2000mpa、屈服强度大于1700mpa、平面应变断裂韧度kic为80mpa·m1/2-95mpa·m1/2、冲击韧性42j/cm2-45j/cm2、洛氏硬度hrc为49-53。

3.根据权利要求1或2所述的钎杆，其特征在于，所述杆体的金相组织包括回火索氏体，优选所述回火索氏体的体积含量为80％以上；优选所述撞击头部的金相组织包括回火马氏体+贝氏体+粒状碳化物+残余奥氏体复合组织，优选所述回火马氏体的体积含量为45％-55％，优选所述贝氏体的体积含量为35％-45％。

4.一种钎杆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述组织致密化加工包括对所述钢锭进行热等静压处理，

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述组织致密加工包括对所述钢锭依次进行整体锻造处理和二次锻造处理，

7.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述组织平衡态热处理后的钎杆工件的表面硬度为220hb-330hb，金相组织为铁素体+珠光体，所述铁素体的晶粒度在8级以上，优选所述组织平衡态热处理包括：

8.根据权利要求4至7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述淬火处理后钎杆工件的金相组织为马氏体，所述马氏体的等级小于4级，优选所述淬火处理包括：

9.根据权利要求4至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一次整体回火处理的温度为350℃-450℃，所述第二次局部回火处理的温度为480℃-580℃。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一次整体回火处理包括：

11.根据权利要求4至10中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二次局部回火处理包括：

技术总结本申请提供了一种钎杆及其制备方法。以重量百分比计，钎杆的材料元素组成包括0.40％‑0.45％C，1.4％‑1.85％Si，1.5％‑1.85％Ni，0.7％‑1.85％Cr，0.65％‑1.25％Mn，0.35％‑0.90％Mo，0.01％‑0.25％W和/或V，0.1％‑0.35％Ti，0.05％‑0.25％Cu，P＜0.01％，S＜0.01％和余量的Fe。Si、Ni元素含量的增加有助于提高合金的淬透性，进而提高钢的强度，高Si含量阻止碳化物向渗碳体转变，高Ni含量提高冲击疲劳性能，获得超高强度。该钎杆可以满足打击能量在更高的打击能量需求，具有较长的使用寿命。技术研发人员：徐玉兵,董玉忠,李善辉,沈承金,王全永,常坤受保护的技术使用者：徐州徐工挖掘机械有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11