一种D2材料刀圈的热成型工艺的制作方法

一种d2材料刀圈的热成型工艺
技术领域
1.本发明涉及盾构刀具技术领域，具体为一种d2材料刀圈的热成型工艺。


背景技术：

2.盾构施工是利用盾构机在土体中进行隧道掘进，同时完成隧道永久衬砌铺设的一种施工方法，具有机械化程度高、施工速度高、安全性高等优点，已被广泛应用于地铁、隧道、水电等重大工程，盾构机是衡量一个国家装备制造业水平和能力高低最具代表性的重大关键装备之一。
3.盾构刀具是盾构机隧道掘进的关键配套工具，其性能和寿命制约着整个盾构机的掘进效率，目前盾构滚刀刀圈均为h13模具钢制造刀圈和合金钢镶硬质合金刀圈，在使用过程中滚刀刀圈存在不耐磨、崩刃、断圈等共性痛点，故而提出了一种d2材料刀圈的热成型工艺来解决上述问题。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种d2材料刀圈的热成型工艺，具备高强度、高硬度、高耐磨性等优点，解决了目前盾构滚刀刀圈均为h13模具钢制造刀圈和合金钢镶硬质合金刀圈，在使用过程中滚刀刀圈存在不耐磨、崩刃、断圈等问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述高强度、高硬度、高耐磨性的目的，本发明提供如下技术方案：
8.一种d2材料刀圈的热成型工艺，包括以下步骤：
9.1)将d2钢坯工件进炉分段加热；
10.2)进行工件的初锻造；
11.3)将初锻后的工件转入炉体内补温；
12.4)进行工件的二次锻造，随后重复上述步骤的补温操作；
13.5)进行工件的模型锻造出坯；
14.6)辗环后即可得到d2材料刀圈。
15.优选地，所述分段加热包含以下步骤：
16.1)采用燃气炉加热，冷坯进炉预热到800℃，保温0.5小时；
17.2)随炉加热到830℃-850℃，保温2-4小时后；
18.3)随炉加热到940℃
±
10℃温后保温0.5小时；
19.4)随炉加热到990℃，保温1.5小时；
20.5)设定温度为1050℃，到1050℃温后保温0.5小时；
21.6)设定温度为1100℃，随后随炉加热到1090℃
±
10℃温后保温1小时。
22.优选地，所述初锻造采用自由锻轻锤锻打，所述初锻造的时间为3-4分钟以锻件明显刚性弹跳为依据，直到打不动为止。
23.优选地，所述补温包含以下步骤：
24.1)工件转至井式炉加热，加热940℃
±
10℃温后，保温3小时；
25.2)转运至燃气炉加热，加热温度1090℃
±
10℃，保温1小时。
26.优选地，所述二次锻造采用空气锤或电动螺旋压力机重锤锻造(每锤之间停顿2-3秒)，所述二次锻造锻打直到打不动(以锻件明显刚性弹跳为依据)为止。
27.优选地，所述模型锻造采用电动螺旋压力机模型锻造，重锤600-750连锻3次，迅速测量外径，根据测量外径尺寸是否符合出坯图纸要求决定是否还需要补温再第二次模锻。
28.优选地，所述辗环包含以下步骤：
29.1)将成型的坯料补温后使用开式碾环机进行碾环作业，直到辗不动后送入加热炉再次进行补温(1010℃
±
10℃，保温40分钟)；
30.2)使用开式碾环机进行二次碾环，根据需要是否需要进行第三次补温和辗环，直到辗至成品。
31.(三)有益效果
32.与现有技术相比，本发明提供了一种d2材料刀圈的热成型工艺，具备以下有益效果：
33.该d2材料刀圈的热成型工艺，通过多道次加热多道次成型的锻造辗环热成型工艺，避免因d2钢导热性差，当在较大速率和变形量下变形时，变形温度较大且芯部热量不易被迅速传出，会导致芯部(合金元素及低熔点夹杂物的聚集处)微观过烧甚至熔化，极易引起裂纹和开裂。再者，d2材料的热变形加热和热处理加热及冷却时，均需要缓慢和分段进行，以避免由于加热和冷却过快而产生应力开裂的风险。该工艺制备出来的d2材料刀圈有足够强的韧性、抗疲劳性能、高强度、高硬度、高耐磨性、良好的红硬性，解决了目前盾构滚刀刀圈均为h13模具钢制造刀圈和合金钢镶硬质合金刀圈，在使用过程中滚刀刀圈存在不耐磨、崩刃、断圈等问题。
附图说明
34.图1为本发明提出的一种d2材料刀圈的热成型工艺流程图；
35.图2为本发明提出的一种d2材料刀圈的热成型工艺的d2材料中的粗大鱼骨状共晶碳化物图；
36.图3为本发明提出的一种d2材料刀圈的热成型工艺的刀圈芯部微观过烧甚至熔化图；
37.图4为本发明提出的一种d2材料刀圈的热成型工艺的刀圈开裂图；
38.图5为本发明提出的一种d2材料刀圈的热成型工艺的钢中碳化物破碎图；
39.图6为本发明提出的一种d2材料刀圈的热成型工艺的成品图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.一种d2材料刀圈的热成型工艺，包括以下步骤：
42.1)将d2钢坯工件进炉分段加热；
43.2)进行工件的初锻造；
44.3)将初锻后的工件转入炉体内补温；
45.4)进行工件的二次锻造，随后重复上述步骤的补温操作；
46.5)进行工件的模型锻造出坯；
47.6)辗环后即可得到d2材料刀圈。
48.需要说明的是，d2材料是在cr12mov冷作磨具钢的基础上适当提高mo和v含量的高碳高铬型莱氏体钢，坯料原始组织中除了网状碳化物之外，还含有粗大的鱼骨状共晶碳化物(见图2)。这些碳化物硬而脆，通常在加热时不宜完全溶解，在热变形时影响金属变形的连续性并割裂基体，使钢的热塑性极差，尤其是在拉和剪切应力作用下，极易产生裂纹或开裂。由于高的碳含量和高的铬含量，使d2材料的奥氏体区温度范围(即热变形温度范围)变窄，使热加工过程中不宜进行连续变形，且始锻温度和终锻温度难以掌控。另外，d2钢不仅导热性也较差，并且钢中cr、mo和v合金碳化物的溶解及扩散均相对较慢，在加热和热变形过程中存在cr、mo、v和c不同程度的微观偏聚，当在较大速率和变形量下变形时，变形温度较大且芯部热量不易被迅速传出，可能会导致芯部(合金元素及低熔点夹杂物的聚集处)微观过烧甚至熔化(见图3)，极易引起裂纹和开裂。再者，d2材料的热变形加热和热处理加热及冷却时，均需要缓慢和分段进行，以避免由于加热和冷却过快而产生应力开裂的风险(见图4)。
49.本实施例中，分段加热包含以下步骤：
50.1)采用燃气炉加热，冷坯进炉预热到800℃，保温0.5小时；
51.2)随炉加热到830℃-850℃，保温2-4小时后；
52.3)随炉加热到940℃
±
10℃温后保温0.5小时；
53.4)随炉加热到990℃，保温1.5小时；
54.5)设定温度为1050℃，到1050℃温后保温0.5小时；
55.6)设定温度为1100℃，随后随炉加热到1090℃
±
10℃温后保温1小时。
56.本实施例中，初锻造采用自由锻轻锤锻打，锻造前，所有的准备工作到位，人员到岗，半开炉门出料，出料时动作尽量要快，出料完成迅速关闭炉门，初锻造的时间为3-4分钟以锻件明显刚性弹跳为依据，直到打不动为止，将钢中碳化物尽可能多的破碎以确保足够的韧性和抗疲劳性能。迅速测量外径和外表温度，完成测量迅速转移锻件，进入下一个补温流程。
57.本实施例中，补温包含以下步骤：
58.1)工件转至井式炉加热，加热940℃
±
10℃温后，保温3小时；
59.2)转运至燃气炉加热，加热温度1090℃
±
10℃，保温1小时。
60.本实施例中，二次锻造采用空气锤或电动螺旋压力机重锤锻造(每锤之间停顿2-3秒)，进一步将钢中碳化物尽可能多的破碎(见图5)以确保足够的韧性和抗疲劳性能，为后面模型锻造及辗环提供原始组织准备。锻造前，所有的准备工作到位，人员到岗，半开炉门出料，出料时动作尽量要快，出料完成迅速关闭炉门。二次锻造锻打直到打不动(以锻件明显刚性弹跳为依据)为止。迅速测量外径和外表温度，完成测量迅速转移锻件，再进入下一
个补温流程(补温流程加热规范同上)。
61.优选地，模型锻造采用电动螺旋压力机模型锻造，重锤600-750连锻3次，迅速测量外径，根据测量外径尺寸是否符合出坯图纸要求决定是否还需要补温再第二次模锻。完成测量工件尺寸符合要求后迅速转移锻件，进入下一个流程冲孔，冲孔完成后送入加热炉进行补温(1010℃
±
10℃，保温40分钟)为辗环做准备。
62.本实施例中，辗环包含以下步骤：
63.1)将成型的坯料补温后使用开式碾环机进行碾环作业，直到辗不动后送入加热炉再次进行补温(1010℃
±
10℃，保温40分钟)；
64.2)使用开式碾环机进行二次碾环，根据需要是否需要进行第三次补温和辗环，直到辗至成品(见图6)。
65.本发明的有益效果是：该d2材料刀圈的热成型工艺，通过多道次加热多道次成型的锻造辗环热成型工艺，避免因d2钢导热性差，当在较大速率和变形量下变形时，变形温度较大且芯部热量不易被迅速传出，会导致芯部(合金元素及低熔点夹杂物的聚集处)微观过烧甚至熔化，极易引起裂纹和开裂。再者，d2材料的热变形加热和热处理加热及冷却时，均需要缓慢和分段进行，以避免由于加热和冷却过快而产生应力开裂的风险。该工艺制备出来的d2材料刀圈有足够强的韧性、抗疲劳性能、高强度、高硬度、高耐磨性、良好的红硬性，解决了目前盾构滚刀刀圈均为h13模具钢制造刀圈和合金钢镶硬质合金刀圈，在使用过程中滚刀刀圈存在不耐磨、崩刃、断圈等问题。
66.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种d2材料刀圈的热成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)将d2钢坯工件进炉分段加热；2)进行工件的初锻造；3)将初锻后的工件转入炉体内补温；4)进行工件的二次锻造，随后重复上述步骤的补温操作；5)进行工件的模型锻造出坯；6)辗环后即可得到d2材料刀圈。2.根据权利要求1所述的一种d2材料刀圈的热成型工艺，其特征在于，所述分段加热包含以下步骤：1)采用燃气炉加热，冷坯进炉预热到800℃，保温0.5小时；2)随炉加热到830℃-850℃，保温2-4小时后；3)随炉加热到940℃
±
10℃温后保温0.5小时；4)随炉加热到990℃，保温1.5小时；5)设定温度为1050℃，到1050℃温后保温0.5小时；6)设定温度为1100℃，随后随炉加热到1090℃
±
10℃温后保温1小时。3.根据权利要求1所述的一种d2材料刀圈的热成型工艺，其特征在于，所述初锻造采用自由锻轻锤锻打，所述初锻造的时间为3-4分钟以锻件明显刚性弹跳为依据，直到打不动为止。4.根据权利要求1所述的一种d2材料刀圈的热成型工艺，其特征在于，所述补温包含以下步骤：1)工件转至井式炉加热，加热940℃
±
10℃温后，保温3小时；2)转运至燃气炉加热，加热温度1090℃
±
10℃，保温1小时。5.根据权利要求1所述的一种d2材料刀圈的热成型工艺，其特征在于，所述二次锻造采用空气锤或电动螺旋压力机重锤锻造(每锤之间停顿2-3秒)，所述二次锻造锻打直到打不动(以锻件明显刚性弹跳为依据)为止。6.根据权利要求1所述的一种d2材料刀圈的热成型工艺，其特征在于，所述模型锻造采用电动螺旋压力机模型锻造，重锤600-750连锻3次，迅速测量外径，根据测量外径尺寸是否符合出坯图纸要求决定是否还需要补温再第二次模锻。7.根据权利要求1所述的一种d2材料刀圈的热成型工艺，其特征在于，所述辗环包含以下步骤：1)将成型的坯料补温后使用开式碾环机进行碾环作业，直到辗不动后送入加热炉再次进行补温(1010℃
±
10℃，保温40分钟)；2)使用开式碾环机进行二次碾环，根据需要是否需要进行第三次补温和辗环，直到辗至成品。

技术总结
本发明涉及盾构刀具技术领域，具体为一种D2材料刀圈的热成型工艺，包括以下步骤：将D2钢坯工件进炉分段加热、初锻造、补温、二次锻造补温、模型锻造出坯、坯料经过再次补温后，经辗环+补温+辗环等多道次辗环成型后即可得到D2材料刀圈。该D2材料刀圈的热成型工艺，通过多道次加热多道次成型的锻造辗环热成型工艺，避免因D2钢导热性差，当在较大速率和变形量下变形时，变形温度较大且芯部热量不易被迅速传出，会导致芯部(合金元素及低熔点夹杂物的聚集处)微观过烧甚至熔化，极易引起裂纹和开裂，该工艺制备出来的D2材料刀圈有足够强的韧性、抗疲劳性能、高强度、高硬度、高耐磨性、良好的红硬性。红硬性。红硬性。


技术研发人员：汪学军 方剑 沈劲松 胡敏 何国勇 任志奇 汪杨志 吴庆
受保护的技术使用者：湖北和利来精密锻造科技有限公司
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/9/20