本發(fā)明屬于真空熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法。

背景技術(shù)：

TBM（全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)）滾刀刀圈從端部到刃部的硬度由低到高呈梯度硬度，可以提高裝配質(zhì)量，有利于提高刀圈的使用壽命，但目前絕大部分的刀圈各部位硬度都是均勻的。針對(duì)梯度硬度，高校等研究部門做了很多利用對(duì)工件回火溫度的控制（即采用中頻感應(yīng)回火處理）方法來(lái)實(shí)現(xiàn)刀圈梯度硬度及真空氣淬時(shí)實(shí)現(xiàn)梯度硬度的試驗(yàn)。

對(duì)滾刀刀圈梯度硬度的處理，現(xiàn)有工藝一種是：刀圈真空油淬后采用控制回火溫度，即對(duì)刀圈端部及刃部采用不同溫度進(jìn)行回火的方式；另一種是：真空淬火采用氣淬時(shí)用石棉板對(duì)端部進(jìn)行隔熱，從而降低端部的冷卻速度來(lái)達(dá)到梯度硬度。為了研究出符合生產(chǎn)實(shí)際的真空油淬時(shí)實(shí)現(xiàn)硬度梯度的刀圈熱處理工藝，對(duì)上述工藝進(jìn)行了反復(fù)研究與探討，發(fā)現(xiàn)此工藝只適用于單件實(shí)驗(yàn)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不但因工藝、工裝復(fù)雜，而且溫度的梯度分布很難控制均勻，工廠批量生產(chǎn)無(wú)法采用此工藝。

現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：

1、利用回火實(shí)現(xiàn)滾刀刀圈梯度硬度，需要對(duì)滾刀刀圈徑向方向的不同部位上控制梯度分布的回火溫度，即端部要求高溫、刃部要求低溫，要完成此工藝需要設(shè)置特殊的加熱源與冷卻裝置，不但工裝復(fù)雜而且操作繁瑣。

2、對(duì)刀圈刃部和端部，很難準(zhǔn)確控制梯度溫度，從而達(dá)不到理想的梯度硬度效果。

3、真空氣淬時(shí)用石棉板等材料，控制工件不同位置不同的冷卻速度從而實(shí)現(xiàn)梯度硬度，但石棉板的強(qiáng)度有限，無(wú)法多件同時(shí)組合淬火，所以只適合于單件生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，不適合于企業(yè)的批量生產(chǎn)。

4、刀圈真空淬火普遍使用油淬，采用3中的方案進(jìn)行真空油淬，石棉板進(jìn)入到淬火油很快會(huì)軟化，無(wú)法保證工藝要求，所以油淬時(shí)無(wú)法采用此工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的工藝復(fù)雜、質(zhì)量不穩(wěn)定、只適合在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)或單件生產(chǎn)，不適合批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法包括以下步驟：

步驟一：用2520耐熱白鋼板加工出結(jié)構(gòu)相同的一個(gè)上蓋板和一個(gè)下蓋板，所述上蓋板和下蓋板的直徑大于滾刀刀圈端部直徑；

步驟二：在上蓋板和下蓋板的一個(gè)面上加工出圓環(huán)形槽；

步驟三：用2520耐熱白鋼管加工出一個(gè)套筒，所述套筒的高度為組合后的多個(gè)滾刀刀圈的高度，所述套筒的外徑小于滾刀刀圈內(nèi)徑；

步驟四：將套筒焊接在下蓋板的圓環(huán)形槽內(nèi)；

步驟五：將下蓋板環(huán)形槽內(nèi)放入碳?xì)謮|，將套筒外表面包覆碳?xì)郑?/p>

步驟六：將多個(gè)同規(guī)格的滾刀刀圈依次套在套筒外側(cè)，所述滾刀刀圈內(nèi)表面和碳?xì)滞鈧?cè)接觸，靠近下蓋板的滾刀刀圈的端部和下蓋板圓環(huán)形槽內(nèi)的碳?xì)謮|接觸；

步驟七：安裝上蓋板，將上蓋板通過(guò)多個(gè)緊固螺栓固定在所述套筒上，所述上蓋板的圓環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有碳?xì)謮|，位于最上端的滾刀刀圈的端部和上蓋板的圓環(huán)形槽內(nèi)的碳?xì)謮|接觸，得到組成一體的多個(gè)滾刀刀圈組合；

步驟八，將步驟七中獲得的滾刀刀圈組合進(jìn)行真空淬火處理；

步驟九：對(duì)經(jīng)淬火處理的滾刀刀圈組合進(jìn)行2-3次回火處理，使刀圈硬度達(dá)到工藝要求，完成熱處理。

步驟八中所述的真空淬火處理具體為：把步驟七中獲得的滾刀刀圈組合體在真空爐中加熱、保溫結(jié)束后入油淬火，使?jié)L刀刀圈刃部能夠與淬火油直接接觸，加快其冷卻速度；端部因無(wú)法和淬火油直接接觸，從而控制其冷卻速度，使端部溫度緩慢降低。

所述上蓋板和下蓋板的直徑大于滾刀刀圈端部直徑20mm。

所述上蓋板和下蓋板上的圓環(huán)形槽深為7mm，所述上蓋板和下蓋板的厚度為25mm。

所述套筒的外徑小于滾刀刀圈內(nèi)徑20mm，所述套筒的壁厚為20mm。

步驟五中所述的碳?xì)謮|的尺寸比滾刀刀圈端部?jī)?nèi)徑的尺寸大3-6mm。

步驟五中所述的碳?xì)謮|的尺寸比滾刀刀圈端部?jī)?nèi)徑的尺寸大5mm。

所述套筒外表面包覆的碳?xì)值暮穸葹?0mm。

多個(gè)同規(guī)格的滾刀刀圈同軸設(shè)置，相鄰的兩個(gè)滾刀刀圈端部互相緊密接觸。

所述上蓋板、下蓋板和套筒同軸設(shè)置。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明由于上蓋板、下蓋板和套筒同軸設(shè)置，且多個(gè)同規(guī)格的滾刀刀圈同軸設(shè)置，相鄰的兩個(gè)滾刀刀圈端部互相緊密接觸，所以當(dāng)保溫結(jié)束后入油淬火時(shí)滾刀刀圈刃部能夠與淬火油直接接觸，加快其冷卻速度；采用耐高溫、隔熱的碳?xì)謮|使端部及內(nèi)表面不與流動(dòng)的淬火油直接接觸，端部因無(wú)法和淬火油直接接觸，從而控制其冷卻速度，使端部溫度緩慢降低，從而保證了刀圈的梯度硬度。

本發(fā)明的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法對(duì)滾刀刀圈進(jìn)行熱處理后，刀圈的端部硬度比刃部硬度低7--8HRC，達(dá)到滾刀刀圈徑向方向上，由內(nèi)向外硬度呈由低到高的梯度分布要求，即保證了刃部高硬度、高耐磨性又可以提高端部的韌性和沖擊功，這樣刀圈在使用過(guò)程中刃部微觀裂紋向內(nèi)部（端部）擴(kuò)展時(shí)，端部較高的韌性可以有效地阻擋裂紋的擴(kuò)展，從而有效地降低滾刀刀圈的整體斷裂傾向。另外，端部硬度的降低還有利于滾刀刀圈與刀體的安裝配合。

本專利的優(yōu)點(diǎn)在于：1、通過(guò)改進(jìn)淬火工藝、工裝來(lái)達(dá)到刀圈硬度梯度問(wèn)題，不需要增加設(shè)備，只需投入少量的工裝；2、本專利通過(guò)淬火改變了端部及刃部的組織，使端部及刃部得到了不同的淬火組織；3、通過(guò)淬火端部及刃部已得到了不同組織，所以不需要增加其他回火設(shè)施及采用梯度分布回火溫度的工藝；4、改進(jìn)前的工藝一次只能處理一個(gè)刀圈，采用本專利工藝，可以多件同時(shí)淬火和同時(shí)回火，提高了生產(chǎn)效率；5、采用耐高溫、隔熱的碳?xì)质苟瞬考皟?nèi)表面不與流動(dòng)的淬火油直接接觸，大大降低了此部位的冷卻速度。6、本專利淬火質(zhì)量穩(wěn)定，梯度硬度的效果明顯，提高了刀圈的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法流程圖；

圖2為本發(fā)明的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法中滾刀刀圈組合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法處理后單個(gè)滾刀刀圈端面圖；

其中：1、上蓋板，2、緊固螺栓，3、碳?xì)郑?、套筒，5、滾刀刀圈，6、碳?xì)謮|，7、下蓋板，8、端部，9、刃部。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。

參見(jiàn)附圖1和附圖2，本發(fā)明的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法包括以下步驟：

步驟一：用2520耐熱白鋼板加工出結(jié)構(gòu)相同的一個(gè)上蓋板1和一個(gè)下蓋板7，所述上蓋板1和下蓋板7的直徑大于滾刀刀圈5端部8直徑；

步驟二：在上蓋板1和下蓋板7的一個(gè)面上加工出圓環(huán)形槽；

步驟三：用2520耐熱白鋼管加工出一個(gè)套筒4，所述套筒4的高度為組合后的多個(gè)滾刀刀圈5的高度，所述套筒4的外徑小于滾刀刀圈5內(nèi)徑；

步驟四：將套筒4焊接在下蓋板7的圓環(huán)形槽內(nèi)；

步驟五：將下蓋板7環(huán)形槽內(nèi)放入碳?xì)謮|6，將套筒4外表面包覆碳?xì)?；

步驟六：將多個(gè)同規(guī)格的滾刀刀圈5依次套在套筒4外側(cè)，所述滾刀刀圈5內(nèi)表面和碳?xì)?外側(cè)接觸，靠近下蓋板7的滾刀刀圈5的端部8和下蓋板7圓環(huán)形槽內(nèi)的碳?xì)謮|6接觸；

步驟七：安裝上蓋板1，將上蓋板1通過(guò)多個(gè)緊固螺栓2固定在所述套筒4上，所述上蓋板1的圓環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有碳?xì)謮|6，位于最上端的滾刀刀圈5的端部8和上蓋板1的圓環(huán)形槽內(nèi)的碳?xì)謮|6接觸，得到組成一體的多個(gè)滾刀刀圈5組合；

步驟八，將步驟七中獲得的滾刀刀圈5組合進(jìn)行真空淬火處理；

步驟九：對(duì)經(jīng)淬火處理的滾刀刀圈5組合進(jìn)行2-3次回火處理，使刀圈硬度達(dá)到工藝要求，完成熱處理。

步驟八中所述的真空淬火處理具體為：把步驟七中獲得的滾刀刀圈5組合體在真空爐中加熱、保溫結(jié)束后入油淬火，滾刀刀圈5刃部9與淬火油直接接觸；端部8避免和淬火油直接接觸。其中在真空爐中的加熱溫度為1050-1070℃，保溫時(shí)間為1.5-2小時(shí)。

所述上蓋板1和下蓋板7的直徑大于滾刀刀圈5端部8直徑20mm。

所述上蓋板1和下蓋板7上的圓環(huán)形槽深為7mm，所述上蓋板1和下蓋板7的厚度為25mm。

所述套筒4的外徑小于滾刀刀圈5內(nèi)徑20mm，所述套筒4的壁厚為20mm。

步驟五中所述的碳?xì)謮|6的尺寸比滾刀刀圈5端部8內(nèi)徑的尺寸大3-6mm。

步驟五中所述的碳?xì)謮|6的尺寸比滾刀刀圈5端部8內(nèi)徑的尺寸大5mm。

所述套筒4外表面包覆的碳?xì)?的厚度為10mm。

多個(gè)同規(guī)格的滾刀刀圈5同軸設(shè)置，相鄰的兩個(gè)滾刀刀圈5端部8互相緊密接觸。

所述上蓋板1、下蓋板7和套筒4同軸設(shè)置。

參見(jiàn)附圖3滾刀刀圈5端部8和刃部9結(jié)構(gòu)示意圖。

表1和表2為改進(jìn)前后滾刀刀圈5端部8和刃部9硬度結(jié)果。

表1改進(jìn)前

表2改進(jìn)后

改進(jìn)后端部8的硬度比改進(jìn)前降低7—8HRC。