專利名稱：一種船閘蘑菇頭和蘑菇頭帽及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及到對船閘閘門底樞的蘑菇頭和蘑菇 頭帽材料的選用和加工工藝的改進(jìn)。
技術(shù)背景船閘主要分布在干線航道上，在水上運(yùn)輸中起著重要的作用。隨著 國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，水上運(yùn)輸量急劇增長，使得許多船閘的通過量大大地超過設(shè)計(jì)能力，船闌的開啟量由原來每天30多個(gè)閘次，增加到現(xiàn)在 的50多個(gè)閘次。船閘開啟量增加的同時(shí)，也加大了船閘運(yùn)轉(zhuǎn)件的損耗。 許多船閘由于船閘運(yùn)轉(zhuǎn)件故障，經(jīng)常停航進(jìn)行搶修，給水上運(yùn)輸帶來嚴(yán) 重影響。由于船閘運(yùn)轉(zhuǎn)件一特別是水下運(yùn)轉(zhuǎn)件蘑菇頭和蘑菇頭帽的磨 損，是造成船閹停航的主要因素。因此解決蘑菇頭和蘑菇頭帽磨損性能 的問題，成為船閘技術(shù)改造的重點(diǎn)。蘑菇頭和蘑菇頭帽應(yīng)用在人字門船閘和三角門船閘的閹門底樞部 位，目前的現(xiàn)有技術(shù)中，蘑菇頭材料采用45號鋼球面堆焊不銹鋼，蘑菇 頭帽材料采用ZQSn6-6-3錫青銅或ZQA19-4鋁青銅,材料均未進(jìn)行熱處理 和表面處理，使用中蘑菇頭帽運(yùn)轉(zhuǎn)5萬次左右蘑菇頭帽就已嚴(yán)重磨損， 磨損量高達(dá)8鵬,直接影響著船閘的安全運(yùn)行。因此需要采用硬度值合理、 耐磨性能好、搭配合理的材料作為蘑菇頭和蘑菇頭帽材料，延長零件的 使用壽命，保證船閘的安全運(yùn)行。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是選用硬度值合理、耐磨性能好的材料作為蘑菇頭 和蘑菇頭帽的材料，對其表面采用合理的處理工藝，并對配對使用的蘑 菇頭和蘑菇頭帽材料及硬度值進(jìn)行合理的搭配，解決現(xiàn)有技術(shù)中蘑菇頭 帽磨損嚴(yán)重的問題，提高船閘運(yùn)轉(zhuǎn)件的耐磨性能，延長船閘運(yùn)轉(zhuǎn)件的使 用壽命。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于船閘閘門底樞的蘑菇頭和蘑菇頭帽， 其特征在于蘑菇頭所用材料為40Ci"或者4Crl3，與蘑菇頭配對使用的蘑菇頭帽所用材料為38CrMoAlA或者QT600-3。蘑菇頭采用的40Cr、4Crl3 材料硬度值為服c45，蘑菇頭帽采用的38CrMoAlA材料硬度值為HV900， QT600-3材料硬度值為H￥600。本發(fā)明同時(shí)提供了上述材料的加工工藝過程，其中加工硬度值為 HRc45的40Cr、 4Crl3蘑菇頭包括以下次序的工藝步驟(1)鍛；(2)去 應(yīng)力退火；(3)車床加工留余量；(4)調(diào)質(zhì)處理冊240; (5)數(shù)控車床精 車；(6)球表面淬火HRc45:感應(yīng)加熱到860"C 8801C之間保溫5 10 分鐘，出爐后立即放入油或水中快速冷卻；(7)拋光。加工硬度值為HV900的38CrMoAlA蘑菇頭帽包括以下次序的工藝步 驟(1)鍛；(2)去應(yīng)力退火(3)車床粗加工；(4)調(diào)質(zhì)處理HB240;(5)車床精加工；(6)拋光；(7)球表面氮化處理HV900:在氮化爐中 200°C 250t:之間預(yù)熱2 3小時(shí)，隨爐升溫至515"C ± IO"C保溫25小時(shí)， 再隨爐升溫至55(TC士101C保溫40小時(shí)，退氮2小時(shí)，爐冷至200'C以 下出爐在空氣中冷卻；(8)拋光。加工硬度值為,00的QT600-3蘑菇頭帽包括以下次序的工藝步驟:(1)鑄；(2)正火HB220; (3)車床粗加工；(4)調(diào)質(zhì)處理冊240; (5) 車床精加工；(6)球表面氮化處理HV600:在氮化爐中200'C 25(TC之 間預(yù)熱2 3小時(shí)，隨爐升溫至56(TC土10C氨分解率保持30%左右， 保溫25小時(shí)，同樣溫度下，氨分解率保持50%左右，保溫60小時(shí)，爐冷 至200t:以下出爐在空氣中冷卻；(7)拋光。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將蘑菇頭和蘑菇頭帽材料及其表面采 用合理的處理工藝，并對配對使用的蘑菇頭和蘑菇頭帽材料及硬度值進(jìn) 行合理的搭配，大大提高了摩擦副的耐磨性能，使人字門和三角門船閘 底樞蘑菇頭和蘑菇頭帽摩擦副能實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)十五萬次的使用性能，磨損量 控制在卜2,之間，對保證船閘安全運(yùn)行，延長船閘的大修理周期起到了關(guān)鍵作用，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益非常顯著。 附圉說明

圖1為蘑菇頭和蘑菇頭帽安裝位置圖，其中1為蘑菇頭，2為蘑菇頭 帽，3為閘門門體，4為閘門底樞部分。 圖2為蘑菇頭結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為蘑菇頭帽結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。將蘑菇頭和蘑菇頭帽選擇多種材 料、采用不同的熱處理工藝和表面處理工藝、以及采用不同的硬度值分 別進(jìn)行配對試驗(yàn)，得出以下幾組耐磨性能較好的人字門船閘及三角門船 閘的蘑薛頭、蘑菇頭帽摩擦副使用材料-實(shí)施例1:蘑恭頭采用鍛幼Cr球表面淬火HRc45,蘑菇頭帽采用 38CrMoAlA球面滲氮HV900。所用40Cr材料的化學(xué)成分為C含量0.37 0.44%, Si含量0.17 0.37%, Mn含量0. 50 0.80%; Cr含量0.80 1.10%。所用38CrMoAlA材料的化學(xué)成分為C含量0. 35 0.42%, Si含量 0.20 0.45%, Mn含量0.30 0.60%; Cr含量1.35 1.65%, Mo含量0.15 0.25%; Al含量0.70 l.l(m。蘑菇頭采用鍛40Cr工藝要求為鍛一去應(yīng)力退火一車床加工留余量 一調(diào)質(zhì)處理HB240—數(shù)控車床精車一球表面淬火服c45:感應(yīng)加熱到860 t! 880'C之間保溫5 10分鐘，出爐后立即放入油或水中快速冷卻。一 拋光。蘑菇頭帽采用38CrMoAlA工藝要求為鍛—去應(yīng)力退火一車床粗加 工—調(diào)質(zhì)處理冊240一車床精加工—拋光一球表面氮化處理HV恥(h在氮 化爐中2001C 2501C之間預(yù)熱2 3小時(shí)，隨爐升溫至515*€±10*€保溫 25小時(shí)，再隨爐升溫至55(rC士10'C保溫40小時(shí)，退氮2小時(shí)，爐冷至 200"以下出爐在空氣中冷卻"*拋光。實(shí)施例2:蘑燕頭采用4Crl3球表面淬火冊c45，蘑菇頭帽采用 38CrMoAlA球面滲氮HY900。所用38CrMoAlA材料的化學(xué)成分為C含量0.35 0.42%, Si含量 0.20 0.45%,Mn含量0. 30 0.60%;Cr含量1. 35 1.65%，Mo含量0.15 0.25%; Al含量0.70 l.l(m。所用4013材料的化學(xué)成分為C含量0.36 0.45%, Si含量《 0.60%, Mn含量《0.80%; P含量《0.035%, S含量《0.030%; Cr含量12.0 14.0%。蘑菇頭采用Ci!3工藝要求為鍛，去應(yīng)力退火一車床加工留余量 —調(diào)質(zhì)處理HB240—數(shù)控車床精車一球表面淬火HRc45—拋光。蘑菇頭帽采用38CrMoAlA工藝要求為鍛一去應(yīng)力退火一車床粗加 工—調(diào)質(zhì)處理冊240—車床精加工—拋光—球表面氮化處理HV900:在氮 化爐中2001C 250X:之間預(yù)熱2 3小時(shí)，隨爐升溫至515°C ± l(TC保溫 25小時(shí)，再隨爐升溫至5501C士10TC保溫40小時(shí)，退氮2小時(shí)，爐冷至 200TC以下出爐在空氣中冷卻一拋光。實(shí)施例3:蘑菇頭采用鍛40Cr球表面淬火HRc45,蘑菇頭帽采用 QT600-3球面滲氮HV600。所用40Cr材料的化學(xué)成分為C含量0.37 0.44%, Si含量0.17 0.37%, Mn含量0.50 0.8096; Cr含量0.80 1.10%。所用QT600-3材料的化學(xué)成分為C含量3.56 3.85%, Si含量 1.83 2. 56t,Mn含量0.49 0.709b;S含量0.016 0.0459&，P含量0.035 0.058%; RxOy含量0.033 0.049%; Mg含量0.041 0.067%。蘑菇頭采用鍛40Cr工藝要求為鍛一去應(yīng)力退火—車床加工留余量 一調(diào)質(zhì)處理HB240—數(shù)控車床精車一球表面淬火HRc45—拋光。蘑菇頭帽采用QT600-3工藝要求為鑄一正火冊220—車床粗加工一 調(diào)質(zhì)處理HB240—車床精加工一球表面氮化處理H 600:在氮化爐中200 。C 250r之間預(yù)熱2 3小時(shí)，隨爐升溫至560t:土10r，氨分解率保持 30%左右，保溫25小時(shí)，同樣溫度下，氨分解率保持50%左右，保溫60 小時(shí)，爐冷至20(TC以下出爐在空氣中冷卻—拋光。在球表面氮化處理過程中，將液態(tài)氨不斷注入氮化爐中，通過氮化 爐的大小和爐溫控制氨的分解率，從而控制惰性氣體產(chǎn)生的比例，通過 切片試驗(yàn)在顯微鏡下觀察切片的金相組織，使?jié)B氮表面層的厚度達(dá)到 0.7咖左右并且不至于太硬或者太脆。實(shí)施例4:蘑菇頭采用4Crl3球表面淬火朋c45,蘑菇頭帽采用 QT600-3球面滲氮HV600。所用4Crl3材料的化學(xué)成分為C含量0. 36 0.45%， Si含量《0.60%， Mn含量《0.80%; P含量《0.035%, S含量《0.030%; Cr含量12.0 14.0%。 所用QT600-3材料的化學(xué)成分為:C含量3. 56 3. 85%,Si含量1.83 2.5挑，Mn含量0.49 0.70%; S含量0.016 0.045%, P含量0.035 0.058%; RxOy含量0.033 0.049%; Mg含量0.041 0.067%。蘑菇頭采用4Crl3工藝要求為鍛一去應(yīng)力退火—車床加工留余量—調(diào)質(zhì)處理HB240—數(shù)控車床精車—球表面淬火HRc45—拋光。蘑菇頭帽采用QT600-3工藝要求為鑄-*正火冊220-*車床粗加工一 調(diào)質(zhì)處理HB240—車床精加工—球表面氮化處理HV600:在氮化爐中200 'C 250t:之間預(yù)熱2 3小時(shí)，隨爐升溫至560'C土10"C，氨分解率保持 30%左右，保溫25小時(shí)，同樣溫度下，氨分解率保持50%左右，保溫60 小時(shí)，爐冷至20(TC以下出爐在空氣中冷卻—拋光。在球表面氮化處理過程中，將液態(tài)氨不斷注入氮化爐中，通過氮化 爐的大小和爐溫控制氨的分解率，從而控制惰性氣體產(chǎn)生的比例，通過 切片試驗(yàn)在顯微鏡下觀察切片的金相組織，使?jié)B氮表面層的厚度達(dá)到 0. 7mm左右并且不至于太硬或者太脆。
權(quán)利要求
1. 一種用于船閘閘門底樞的蘑菇頭，其特征在于所用材料為40Cr或者4Cr13。
2、 與權(quán)利要求l所述的蘑菇頭配對使用的蘑菇頭帽，其特征在于-所用材料為38CrMoAlA或者QT600-3。
3、 按照權(quán)利要求1所述的蘑菇頭，其特征在于所用40Cr材料或 者4Crl3材料的硬度值為冊c45。
4、 按照權(quán)利要求2所述的蘑菇頭帽，其特征在于所用38CrMoAlA 材料的硬度值為HV900， QT600-3材料的硬度值為HV600。
5、 --種加工權(quán)利要求3所述硬度值為冊c45的40Cr、 4Crl3蘑菇頭 的方法，該方法包括以下次序的工藝步驟(1) 鍛；(2) 去應(yīng)力退火(3) 車床加工留余量；(4) 調(diào)質(zhì)處理冊240;(5) 數(shù)控車床精車；(6) 球表面淬火冊c45:感應(yīng)加熱到860'C 880'C之間保溫5 10分鐘， 出爐后立即放入油或水中快速冷卻；(7) 拋光。
6、 一種加工權(quán)利要求4所述硬度值為HV900的38CrMoAlA蘑菇頭帽的方法，該方法包括以下次序的工藝步驟-(2) 去應(yīng)力退火；(3) 車床粗加工；(4) 調(diào)質(zhì)處理冊240;(5) 車床精加工；(6) 拋光；(7) 球表面氮化處理HV900:在氮化爐中2001C 25(rC之間預(yù)熱2 3 小時(shí)，隨爐升溫至5151C土101C保溫25小時(shí)，再隨爐升溫至55(TC土H) 。C保溫40小時(shí)，退氮2小時(shí)，爐冷至200"C以下出爐在空氣中冷卻；(8)拋光。
7、一種加工權(quán)利要求4所述硬度值為HV600的QT600-3蘑菇頭帽的方法，該方法包括以下次序的工藝歩驟(1) 鑄；(2) 正火朋220;(3) 車床粗加工；(4) 調(diào)質(zhì)處理冊2幼； (5》車床精加工；(6) 球表面氮化處理HV600:在氮化爐中200'C 250t:之間預(yù)熱2 3 小時(shí)，隨爐升溫至560'C士1(TC,氨分解率保持30%左右，保溫25小時(shí)， 同樣溫度下，氨分解率保持50%左右，保溫60小時(shí)，爐冷至200'C以下 出爐在空氣中冷卻；(7) 拋光。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，涉及到對船閘閘門底樞的蘑菇頭和蘑菇頭帽材料的選用和加工工藝的改進(jìn)。用于船閘閘門底樞的蘑菇頭所用材料為40Cr或者4Cr13，與蘑菇頭配對使用的蘑菇頭帽所用材料為38CrMoAlA或者QT600-3。蘑菇頭采用的40Cr、4Cr13材料硬度值為HRc45，蘑菇頭帽采用的38CrMoAlA材料硬度值為HV900，QT600-3材料硬度值為HV600。本發(fā)明同時(shí)提供了上述材料的加工工藝過程，將蘑菇頭和蘑菇頭帽材料及其表面采用合理的處理工藝，并對配對使用的蘑菇頭和蘑菇頭帽材料及硬度值進(jìn)行合理的搭配，大大提高了摩擦副的耐磨性能，對保證船閘安全運(yùn)行、延長船閘的修理周期起到了關(guān)鍵作用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
文檔編號C22C38/18GK101215670SQ200710000008
公開日2008年7月9日 申請日期2007年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月4日
發(fā)明者煒 夏, 斌 徐, 本 楊, 江 林, 沈伯明, 王建民, 民 許, 謝炳康 申請人:江蘇省交通工程有限公司