地铁施工用盾构机刀具制造技术

本发明专利技术涉及一种地铁施工用盾构机刀具，属于盾构机刀具的技术领域。本发明专利技术的地铁施工用盾构机刀具，包括圆盘形的刀圈本体，所述刀圈本体的外边缘上沉积有硬质保护涂层，所述硬质保护涂层包括CraTi1‑aN第一硬质涂层和Cr1‑b‑cAlbTicN第二硬质涂层，所述第二硬质涂层位于所述第一硬质涂层的上部，所述a，b，c的值通过EDS元素分析方法测量得到。本发明专利技术的地铁施工用盾构机刀具兼有优异的切削性能、耐磨性和高冲击韧性等关键性能指标，能显著提高刀具的使用寿命，从而有利于降低地铁隧道施工成本和建设周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及盾构机刀具的
，更具体地说，本专利技术涉及一种地铁施工用盾构机刀具。
技术介绍
随着城市规模的不断发展和扩大，地铁已经成为解决大城市和特大城市交通问题的最优方式之一。现在全世界己有多个国家的多座城市修建了地铁，运营线路总里程已经达6000Km以上。虽然我国的地铁相比于西方国家起步较晚，但发展迅速，目前我国的地铁运营线路总里程已经达到3000Km左右，目前上海和北京的地铁运营线路里程已经位列城市排名的前两位，而且建设中以及筹划修建的地铁线路众多，发展势头强劲。在地铁隧道施工方法中，盾构法采用盾构机利用盾壳抵御围岩压力的情况下，由刀盘切削前方土体并运至后续运输系统，通过顶推千斤顶的推力自行前进，同时由快速组拼成环的钢筋混凝土管片形成隧道主体结构。由于作业面位于底面以下，盾构施工具有以下优点：对周围环境影响较小，施工中不会引起地下水位降低，而且开挖引起地表沉降较小；掘进速度较快；隧洞成型质量较好；施工环境较好，机械化程度高，具有人性化，噪音小，施工中支护衬砌质量可靠且造价较低；施工穿越河道不受影响，受天气影响较小；在土质差水位高条件下建设埋深较大的隧道，有较高的技术经济优越性。尤其是在现代地铁的隧道施工通常需要穿越建筑物高度密集的城市中心以及城郊地区，受限于城市地面空间条件，盾构施工几乎成了唯一的选择；在城市地下工程不断发展的今天，采用盾构法进行隧道施工越来越广泛，已经成为地铁隧道施工的主流技术。虽然，目前盾构施工法已经在城市地铁建造的主流技术，但采用的刀具仍然借鉴的是传统的滚刀和切削刀具，它们在施工过程中，剧烈振动、刀具表面材料的微剥落、脆性破坏、热疲劳的裂纹、磨耗等都可能引起损坏，影响正常的掘进，而且刀具的维修检测和日常养护以及更换的时间和费用都要占据整个施工过程和施工成本的1/3左右，限制了盾构施工的成本降低。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种地铁施工用盾构机刀具。为了解决专利技术所述的技术问题并实现专利技术目的，本专利技术采用了以下技术方案：本专利技术的地铁施工用盾构机刀具，包括圆盘形的刀圈本体，所述刀圈本体的中间具有与刀毂相配合的安装孔；其特征在于：所述刀圈本体的外边缘上沉积有硬质保护涂层。其中，所述硬质保护涂层包括第一硬质涂层和第二硬质涂层，所述第二硬质涂层位于所述第一硬质涂层的上部。其中，所述第一硬质涂层为CraTi1-aN，其中0.60≤a≤0.90；所述第二硬质涂层为Cr1-b-cAlbTicN，其中，0.30≤b≤0.35，0.10≤c≤0.15，其中所述a，b，c的值通过EDS元素分析方法测量得到。其中，所述第一硬质涂层的厚度为0.5~3.0μm，第二硬质涂层的厚度为1~10μm，并且所述第二硬质涂层的厚度与第一硬质涂层的厚度比为1.8~5.0。其中，所述刀圈本体由硬质合金钢经过锻造和热处理工艺制备得到，并且所述硬质合金钢的元素组成中含有0.46~0.55wt%的C、0.20~0.80wt%的Mn、1.5~3.5wt%的Cr、0.30~0.80wt%的Mo、0.32~0.80wt%的Cu、0.05~0.20wt%的V，余量为Fe以及不可避免的金属杂质和非金属杂质。其中，[Cu]/[Mo]的比值在1.0~2.0之间，[Cu]表示Cu的重量百分比，[Mo]表示Mo的重量百分比。其中，所述不可避免的非金属杂质包括Si、N、S、P和O，并且Si的含量≤0.20wt%，N的含量≤0.010wt%，P的含量≤0.010wt%，S的含量≤0.010wt%，O的含量≤20ppm。其中，所述不可避免的金属杂质包括Ti、Zr和Al，并且Ti的含量≤0.02wt%，Zr的含量≤0.02wt%，Al的含量≤0.05wt%。其中，所述热处理包括在1050~1100℃进行高温淬火，并且随后在550~650℃进行回火处理，回火处理的次数为1~3次，优选为2次。与最接近的现有技术相比，本专利技术所述的地铁施工用盾构机刀具具有以下有益效果：本专利技术的地铁施工用盾构机刀具兼有优异的切削性能、耐磨性和高冲击韧性等关键性能指标，能显著提高刀具的使用寿命，从而有利于降低地铁隧道施工成本和建设周期。附图说明图1为本专利技术的地铁施工用盾构机刀具的结构示意图。图2为硬质合金钢刀圈本体中Si含量与冲击吸收功的关系图。图3为硬质合金钢刀圈本体中Cu含量与冲击吸收功的关系图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本专利技术所述的地铁施工用盾构机刀具做进一步的阐述，以期对本专利技术的技术方案做出更完整和清楚的说明。如图1所示，本专利技术的地铁施工用盾构机刀具，包括圆盘形的刀圈本体10，所述刀圈本体10的中间具有与刀毂相配合的安装孔11；所述刀圈本体11的外边缘上通过涂覆工艺沉积有硬质保护涂层12。具体来说，所述硬质保护涂层包括第一硬质涂层和第二硬质涂层，所述第二硬质涂层位于所述第一硬质涂层的上部。赋予所述刀圈本体外边缘的硬质保护涂层其目的在于提供对磨蚀性强的岩石切削时所需要的摩擦系数和耐磨性。关于刀圈本体，现有技术通常采用硬质合金钢制成，通常采用的硬质合金钢有4Cr5MoSiV1、5Cr5MoSiV1、40CrNiMo、9Cr2Mo、6Cr4Mo2W2V等，本专利技术的专利技术人研究了上述钢，发现上述钢均不能满足对磨蚀性强的岩石切削掘进所需的高韧性和硬度，刀圈在岩石强烈冲击和摩擦的条件下，容易发生疲劳剥落从而导致脆性破坏。为此本专利技术的目的在于提供一种具有高韧性和与之匹配硬度的刀圈本体，具体来说其不仅应当具有高水平的韧性和延展性，同时也不得有损于回火稳定性和表面硬度。为此，本专利技术的刀圈本体加工用硬质合金钢其杂质含量应很低，不应含有任何粗大的初次碳化物，而且具有良好的淬透性和回火稳定性，同时还应具有良好的PVD涂覆性能和对刀毂良好的焊接性能。本专利技术的硬质合金钢具有均匀分布于钢基体上的弥散碳化物，这种组织结构有利于后续的热处理。在本专利技术中，所述硬质合金钢的基本组成如下：碳的含量控制在0.46~0.55wt%，优选为0.48~0.53wt%，例如可以为0.50wt%；锰的含量控制在0.20~0.80wt%，优选为0.35~0.60wt%，例如可以为0.36wt%；铬的含量控制在1.5~3.5wt%，优选为1.8~3.0wt%，例如可以为2.0wt%；钼的含量控制在0.30~0.80wt%，优选为0.35~0.60wt%，例如可以为0.42wt%；铜的含量控制在0.32~0.80wt%，优选为0.35~0.60wt%，例如可以为0.50wt%；钒的含量控制在0.05~0.20wt%，优选为0.05~0.15wt%，例如可以为0.15wt%；余量为Fe以及不可避免的金属杂质和非金属杂质，其中所述不可避免的非金属杂质包括Si、N、S、P和O，并且Si的含量≤0.20wt%，N的含量≤0.010wt%，P的含量≤0.010wt%，S的含量≤0.010wt%，O的含量≤20ppm；所述不可避免的金属杂质包括Ti、Zr和Al，并且Ti的含量≤0.02wt%，Zr的含量≤0.02wt%，Al的含量≤0.05wt%。在本专利技术的硬质合金钢中添加Cu在热处理后可以提高钢的硬度，如此可以弥补因Cr和Mo的添加量较少而导致的硬度损失，而同时Cu的加入还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁施工用盾构机刀具，包括圆盘形的刀圈本体，所述刀圈本体的中间具有与刀毂相配合的安装孔；其特征在于：所述刀圈本体的外边缘上沉积有硬质保护涂层。

【技术特征摘要】
1.一种地铁施工用盾构机刀具，包括圆盘形的刀圈本体，所述刀圈本体的中间具有与刀毂相配合的安装孔；其特征在于：所述刀圈本体的外边缘上沉积有硬质保护涂层。2.根据权利要求1所述的地铁施工用盾构机刀具，其特征在于：所述硬质保护涂层包括第一硬质涂层和第二硬质涂层，所述第二硬质涂层位于所述第一硬质涂层的上部。3.根据权利要求2所述的地铁施工用盾构机刀具，其特征在于：所述第一硬质涂层为CraTi1-aN，其中0.60≤a≤0.90；所述第二硬质涂层为Cr1-b-cAlbTicN，其中，0.30≤b≤0.35，0.10≤c≤0.15，其中所述a，b，c的值通过EDS元素分析方法测量得到。4.根据权利要求3所述的地铁施工用盾构机刀具，其特征在于：所述第一硬质涂层的厚度为0.5~3.0μm，第二硬质涂层的厚度为1~10μm，并且所述第二硬质涂层的厚度与第一硬质涂层的厚度比为1.8~5.0。5.根据权利要求1所述的地铁施工用盾构机刀具，其特征在于：所述刀圈本体由硬质合金钢经过锻造和热处理工艺制备得到，并且所述硬质合金钢的元素组成中含有0.46~0.55wt%的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟志强，石志祥，朱巧芬，崔汉涛，刘德乾，
申请(专利权)人：河北工程大学，
类型：发明
国别省市：河北;13