在地鐵、隧道燈底下工程的施工中，盾構(gòu)法是目前應(yīng)用最為廣泛的施工方法之一，在用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工時(shí)，主要通過盾構(gòu)機(jī)刀盤上的刀具對(duì)前方土體進(jìn)行切削。由于山體巖石的高強(qiáng)度、高硬度以及地址條件的復(fù)雜性，使刀具工作在強(qiáng)擠壓、大扭矩、強(qiáng)沖擊、高磨損的惡劣工況下成為掘進(jìn)過程中最易損壞的零部件，刀具的費(fèi)用占整個(gè)掘進(jìn)成本的30%左右，而且嚴(yán)重影響了施工效率。
由于國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的盾構(gòu)刀具大部分是以熱作模具鋼為材質(zhì)的，因此，熱處理工藝的制定對(duì)刀具耐磨性的優(yōu)劣至關(guān)重要。由于這類鋼的合金元素和碳含量均較高，在鍛軋后都要進(jìn)行球化退火處理。球化退火的目的是得到球化組織，這是任何一種鋼具有最佳塑性和適當(dāng)硬度的一種組織。大量彌散分布的碳化物存在，使得加熱時(shí)奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，允許有較寬的淬火溫度范圍，淬火時(shí)變形開裂傾向小，能獲得最合適的淬火組織。
目前，有人通過研究退火工藝對(duì)盾構(gòu)刀具用5Cr5MoSiV1鋼中碳化物的數(shù)量、大小、形態(tài)分布及硬度的影響，以探索合理的球化退火工藝制度。
實(shí)驗(yàn)用鋼為5Cr5MoSiV1，該鋼屬于過共析鋼。它是在4Cr5MoSiV1（H13）鋼的基礎(chǔ)上，通過提高鋼中的碳含量開發(fā)而來的，其化學(xué)成分如表1所示。實(shí)驗(yàn)用鋼采用中頻真空感應(yīng)爐進(jìn)行冶煉，再經(jīng)電渣重熔澆鑄成75kg的鑄錠，將鑄錠鍛造成φ60mm的圓棒料，5Cr5MoSiV1鋼鍛造后的組織主要為鐵素體及殘余奧氏體，硬度為110.2HRB。采用線切割的方法從圓棒料上切取φ15mm×10mm的試樣若干。
表1 5Cr5MoSiV1鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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C |
Si |
Mn |
Cr |
Mo |
V |
P |
S |
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0.48～0.52 |
0.90～1.10 |
0.30～0.50 |
4.50～5.00 |
1.10～1.30 |
1.00～1.20 |
≤0.020 |
≤0.025 |
球化退火試驗(yàn)在SX2-10-13型箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行：第一組將4塊切好的試樣放入電阻爐內(nèi)，分別隨爐加熱至800、860、900和950℃并保溫2h后使其隨爐緩慢冷卻至500℃以下出爐空冷；第二組將4塊切好的試樣放入電阻爐內(nèi)，隨爐加熱至900℃分別保溫1、2、4和6h后使其隨爐緩慢冷卻至500℃以下出爐空冷。
將經(jīng)上述熱處理后試樣的一個(gè)端面用砂輪磨去0.5～1.0mm的脫碳層，然后在XQ-1型金相鑲嵌機(jī)上鑲嵌，用粒度為W2.5的水溶性人造金剛石研磨膏拋光，最后用5%的硝酸酒精溶液腐蝕，經(jīng)超聲清洗儀清洗后吹干，得到掃描電鏡試樣。在FEIQuanta200F型環(huán)境掃描電鏡下觀察熱處理后試樣的碳化物形貌和分布狀況，采用ImagePro-Plus6.0定量金相分析軟件，計(jì)算各試樣球化退火后的單位面積上的碳化物數(shù)量和平均粒徑。硬度試驗(yàn)在TIMETH301型洛氏硬度計(jì)上進(jìn)行。
結(jié)果表明：（1）隨退火加熱溫度的上升，5Cr5MoSiV1鋼中碳化物顆粒的數(shù)量逐漸減少，粒徑逐漸增大，顆粒趨于圓整化且分布更加均勻，同時(shí)硬度逐漸降低。（2）隨退火保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，其對(duì)5Cr5MoSiV1鋼中碳化物的球化及退火硬度的影響與加熱溫度的影響類似。（3）盾構(gòu)刀具用5Cr5MoSiV1鋼的最佳球化退火工藝為900℃×4h。（心遠(yuǎn)）
