提高截齒性能的技術(shù)途徑

提高截齒性能的技術(shù)途徑

1抗沖擊、耐磨、無(wú)裂紋的硬質(zhì)合金刀頭研制

在硬質(zhì)合金研究方面,與株洲硬質(zhì)合金廠(chǎng)合作,對硬質(zhì)合金進(jìn)行了研究。通過(guò)對國內外硬質(zhì)合金刀頭的解剖分析,得出國外合金與國產(chǎn)合金的3項性能(磁力、比重、硬度)基本接近。在合金的顯微結構上,也很難看出兩者有很大差距。但是國外刀頭的耐沖擊性和耐磨性比較明顯地優(yōu)于國產(chǎn)刀頭合金,主要是由于國產(chǎn)刀頭合金原料純度低,粉末成型工藝落后造成的。為此,對硬質(zhì)合金新材質(zhì)新工藝進(jìn)行了研究。研制的截齒刀頭選用了原料,改進(jìn)成型工藝和合金制取工藝(高純鎢粉、高溫還原、高溫碳化)等3條技術(shù)措施,提高了截齒刀頭的壽命。研制的合金具有高韌性、高耐磨性和高沖擊性。

2耐磨層的堆焊

為了解決截齒在采煤過(guò)程中的快速磨損失效問(wèn)題，采用堆焊方式（或其他冶金方式）在截齒錐頂（硬質(zhì)合金刀頭）以下齒體部位，沿圓周方向堆焊一個(gè)寬度約20-30mm、厚度2-3mm的環(huán)形帶。此環(huán)形帶即稱(chēng)之為耐磨堆焊層。常用的耐磨堆焊材料為馬氏體堆焊合金（Ｄ３１７，Ｄ３２７，ＤＧ７等）、高鉻Fe-Cr-C合金系（Ｄ６８８，Ｄ６３８等）、碳化鎢、碳化鈮（北京固本牌KB515）等。從機理上講，截齒耐磨堆焊層的作用是：1、彌補或改變因硬質(zhì)合金刀頭釬焊工藝在齒體圓周形成的性能劣化現象（指先熱處理后釬焊工藝生產(chǎn)的截齒）。2、進(jìn)一步優(yōu)化或強化刀頭部分使用性能。當然，采用先釬焊刀頭后整體熱處理截齒的制造工藝時(shí)，后者的作用更為突出。然而，實(shí)際情況并不簡(jiǎn)單，截齒耐磨堆焊層的出現和使用，將截齒刀頭與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用，轉換為或部分轉換為堆焊層與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用。它們之間的磨擦磨損、沖擊損傷等，不僅取決于兩個(gè)接觸體材料的特性及其匹配行為，同時(shí)還受到采煤過(guò)程中諸多因素的影響。

3刀體材質(zhì)的研究

目前國內掘進(jìn)機截齒刀體的材料多為合金結構鋼35CrMnSiA ,這種材料在淬火低溫回火或等溫淬火后,有較高的綜合機械性能,但該材料橫向性能比縱向性能差,有明顯的回火脆性等*陷。為此,進(jìn)行了用42CrMo合金結構鋼作為截齒體材料的研究。42CrMo同樣屬于中淬透合金鋼,該鋼無(wú)回火脆性,調質(zhì)后有較高的疲勞限和抗多次沖擊能力,與35CrMnSiA合金鋼相比,更適合截齒的受力特性,試驗結果表明,該鋼制作的齒體頭部的抗裂性能和沖擊韌性要比35CrMnSiA鋼種好。因此,42CrMo合金結構鋼比35CrMnSiA合金結構鋼更適宜作截齒材料。

4焊縫間隙的研究

截齒釬焊焊縫間隙的大小是影響焊縫致密性和焊縫強度的關(guān)鍵因素。間隙太小,妨礙釬焊料流入;間隙過(guò)大,破壞釬焊縫的毛細管作用,使釬料不能填滿(mǎn)焊縫間隙。截齒的釬焊,是鋼與硬質(zhì)合金的異種材料*接,考慮硬質(zhì)合金的線(xiàn)膨脹系數是鋼的1Π2～1Π3,因此釬焊縫間隙應比鋼對鋼*接時(shí)稍小。通過(guò)對幾組不同間隙焊縫的試驗研究,試驗結果表明截齒焊縫間隙一般為0. 08～0. 15 mm為宜,另外采用帶錐面的合金頭和帶錐面的截齒體孔,以盡量保證硬質(zhì)合金刀頭周?chē)缚p間隙均勻一致。

5釬焊及熱處理工藝

釬焊及熱處理工藝研究截齒的釬焊及熱處理工藝是保證截齒質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前國內截齒的生產(chǎn)工藝一般為以下2種:

(1)截齒體加工成形→釬焊硬質(zhì)合金頭→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→回火。

(2)截齒體加工成形→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→清洗→釬焊硬質(zhì)合金頭→回火。

1種生產(chǎn)工藝,釬焊硬質(zhì)合金頭后鹽爐加熱再硝鹽等溫淬火。截齒體的硬度得到了保證,但硬質(zhì)合金頭在釬焊和硝鹽等溫淬火這一過(guò)程中,都經(jīng)過(guò)了2次加熱,從而使硬質(zhì)合金頭脆化,使截齒在使用過(guò)程中因硬質(zhì)合金頭崩裂和硬質(zhì)合金頭與截齒體*接的開(kāi)裂而大大縮短截齒的使用壽命。第2種生產(chǎn)工藝,硝鹽等溫淬火后釬焊硬質(zhì)合金頭,雖然焊縫的質(zhì)量和硬質(zhì)合金頭的質(zhì)量得到了保證,但截齒體頭部的硬度卻下降了,導致截齒體頭部耐磨性大大降低,使得截齒在使用過(guò)程中硬質(zhì)合金頭過(guò)早脫落,同樣也縮短了截齒的使用壽命。為此,采用截齒真空爐釬焊與熱處理同時(shí)一次加熱,使釬焊好的截齒直接進(jìn)行淬火的工藝。該工藝具有以下顯著(zhù)特點(diǎn):

(1)采用真空爐加熱釬焊,避免了釬焊過(guò)程中釬焊表面與空氣接觸產(chǎn)生氧化,可使熔化的液態(tài)釬料與釬焊表面直接接觸,產(chǎn)生濕潤的填縫,以獲得的釬焊質(zhì)量。

(2)使釬焊好的截齒不經(jīng)空冷直接淬火,避免了二次加熱問(wèn)題,又提高了齒體的綜合機械性能。截齒的真空釬焊工藝流程為:清洗截齒體待焊部分、釬料和硬質(zhì)合金刀頭→烘干→裝填焊料、硬質(zhì)合金刀頭→將截齒裝入夾具內→入爐加熱→冷卻。