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          采煤機截齒的選材與制造工藝(二)

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          點擊次數:  更新時間:2023-08-11 13:58:44  【打印此頁】  【關閉

             截齒是煤礦采煤機及礦山巷道掘進機械中使用的刃具,截齒質量的優劣直接影響采掘機的效率和企業的生產成本,隨著人們對能源特別是煤炭需求的增加,為了提高采掘效率,采煤機功率不斷增大,對截齒的質量要求越來越高,作為采煤機截齒材料,要求其具有較高的強度、硬度和耐磨性、高的彎曲強度及耐腐蝕性,以防止截齒使用過程中產生斷裂、彎曲、變形和早期磨損失效。之前我們講了截齒的磨損斷裂失效。接下來我們了解一下截齒材料的種類及其性能特點和截齒的制造工藝。

              截齒材料的種類及其性能特點

             目前國內外常用的截齒材料合金系列主要有Cr-Mo系、Mn-B系、Cr-Ni-Mo系、Cr-Mn-S系、S-Mn-Mo系等,從生產方法來看主要有鑄造截齒材料和鍛造截齒材料。常用截材料及其性能特點18]~[121,作為截齒材料合碳量在0.30 ~0.45之間,為中碳低合金鋼。國家煤炭行業采掘機械用截齒標準(MT/T246-2006)對截齒的性能要求,作為截齒材料,齒頭、齒柄、沖擊韌性及其焊縫剪切強度指標均需達到一定的要求。

           

          Cr-Mo系截齒材料典型鋼種為42CrMo鋼,它具有高的強度、良好的淬透性,在高溫時有高的蠕變和持久強度等特點。42CrMo材質齒體常規的熱處理工藝為840°C油淬+360~400C回火,熱處理后所得組織為回火馬氏體,具有較高的疲勞極限和抗多次沖擊的能力,低溫沖擊韌性良好。實際生產中如果熱處理不當會造成心部韌性較低,表面機械加工質量較差容易引起鎬形截齒在使用過程中柄部斷裂。

          Cr-Mn-Si系截齒材料典型代表為35CrMnsi,截齒材質的常規熱處理工藝主要有兩種,一種為880C油淬+380~430°C 回火,獲得貝氏體、馬氏體和少量殘余奧氏體組織,具有較高硬度和耐磨性:另一種熱處理工藝頭880C加熱+280~350C等溫率火,35 CrMnSi鋼等溫淬火熱處理后獲得馬氏體、貝氏體、殘留奧氏體的復相組織,獲得較高的強度 (obz1600MPa) 、硬度(HRC242) 和韌性 (akuz60J/cm2),能適應采煤生產較復雜的工況條件。35 CrMnsi鋼采用850°C淬火、340°C等溫時,可以使35 CrMnSi截齒壽命較之前提高1.5。

          40 CrNiMo合金結構鋼具有高的強度、韌性和良好的淬透性和抗過熱的穩定性,但白點敏感性高,有回火脆性,一般調質態使用,可配合表面處理,如滲硼等,提高截齒表面硬度,提高耐磨性.

          Si-Mn-Mo系截齒材料牌號為30SMn2Mo,880C正火+回火熱處理工藝。熱處理后可獲得較高的強度(b21650MPa) 、硬度(HRC245) 和韌性 (aku62J/cm2),組織由貝氏體鐵素體和殘留奧氏體組成的新型貝氏體組織,具有良好的強韌性和高的耐磨性,空冷熱處理后使鋼的強度、韌性、耐磨性可 滿足截齒材料力學性能的要求。組織中的殘余奧氏體代替了典型貝氏體組織中的碳化物,提高了材料的塑性和韌性,克服了典型貝氏體鋼綜合力學性能低,尤其是沖擊韌性低的缺點。生產性試驗表明,用Si-Mn-Mo系生產截齒,工藝簡單,其使用壽命35CrMnSi鋼截齒提高1.5~ 2。

           

          鑄鋼截齒褲體材料主要有ZG35CrMnsiZG45si2Mn2MoVRe、ZG40Cr2SiMnMoCuBTiRe等。如ZG40CI2SiMnMoCuBTiRe采用淬火+低溫回火,獲得抗拉強度在1560 ~ 1900MPa、硬度HRC53。ZG40Cr2siMn.MoCuBTiRe鋼正火+低溫回火可獲得抗拉強度1550MPa,硬度HRC53~55。對于鑄鋼褲體材料,生產中最大的問題是褲體材料韌性指標沒有鍛造材料高,加之鑄造過程影響鑄件質量的因素頗多,鑄造時難免會產生些缺陷,在大功率采煤機截齒上的應用受到限制

              截齒的制造工藝

             1 截齒的生產工藝

          目前截齒的生產工藝主要有兩種,一種是軋制的棒料通過模鍛,鍛造成截齒毛壞料、機械加工成截齒褲體然后針焊截齒頭部的硬質合金,之后進行熱處理。熱處理方式根據截齒材料種類不同主要分為兩種形式,對于淬透性較高的截齒材料在感應加熱釬焊硬質合金后利用余熱進行淬火或強制空冷,一種是針焊硬質合金后重新加熱一定溫度淬火或強制空冷,再加熱時熱處理溫度受釬焊焊縫金屬的限制,不能太高,否則會影響焊縫質量。截齒的另一種制造方法可以用鑄造方法制作截齒毛壞或鑲鑄的方法制造截貨,鑲鑄截貨制造工藝為:齒體與硬質合金一次復合鑄造成型,然后機械加工及熱處理。但采用鑄造的方法對鑄造工藝要求較高以確保鑄件毛壞鑄造缺陷少,對于大功率綜采機截齒越來越多的采用鍛造成型,配合機械加工來進行截齒的生產。

           

             2 截齒的表面處理

          截齒材料與煤層接觸的表面進行表面處理是提高截齒耐磨性和使用壽命的有效途徑之一,目前截齒表面處理的方法主要有以下幾種:

          (1)堆焊硬質合金。根據截齒的受力情況,截齒的最大受力點發生在與煤層發生切割的刀頭部位,該部位磨損最為嚴重,為了提高截齒刀頭工作部分的耐磨性,對于截齒材料淬透性或濟硬性較差的截齒,通過對截齒與煤層接觸部分采用堆焊耐磨合金的方法,提高截齒工作部分的硬度和耐磨性。截齒耐磨層的堆焊是利用所堆焊材料具有高硬度和高耐磨性,在截齒貨體頭部堆敷一層或幾層堆焊材料,形成一個防護帶,該層具有高的耐磨性、良好的耐蝕性,使截齒褲體材料的齒頭不直接與被采的煤巖接觸,減少齒頭部庫體材料與煤層的摩擦和沖擊等作用,減緩截齒磨損失效率,延長截齒的使用壽命。截齒堆焊層耐磨性的好壞,取決于堆焊材料的成分、組織和性能、堆焊工藝。堆焊時一般采用等離子弧堆焊材料、TIG焊堆焊材料,可獲得良好的應用效果。采煤機截齒采用耐磨堆焊層可保護截齒頭免遭強烈的磨損而過早失效,在機械化綜合采煤生產作業中獲得推廣應用。為了減小截齒的堆焊修復,通過堆焊實現截齒的反復使用,可以減小購買截齒的費用。通過堆焊硬質合金,在截齒頭部工作部位形成一圈耐磨層,可有效地避免因磨損而造成硬質合金齒頭的早期脫落。堆焊的優點是設備簡單,成本低,操作比較靈活,能適應全方位的堆焊

          (2)表面熱噴涂。截齒表面處理的另一種方法是利用熱噴涂技術提高截齒頭部分耐磨性和使用壽命。熱噴涂技術是利用熱源將需要噴涂的耐磨材料加熱至溶化或半溶化狀態,并以一定的速度噴射沉積到經過預處理的基體表面形成涂層的方法。熱噴涂涂層具有耐磨、減摩等效果,可提高截齒使用壽命。如對截齒材料頭部高溫噴涂一層金屬陶瓷,增加頭部硬度(HRC260) ,硬度高,耐磨性好,截齒的使用壽命可提高50%以上。

           

          (3)表面治金方法。表面冶金技術是以等離子弧等為熱源,在基體材料表面獲得一層均勻致密、結合牢固的持殊保護涂層,實現涂層與金屬基體的冶金結合,等離子熔覆是一種快速非平衡凝固過程,具有過飽和固溶強化、彌散強化和沉淀強化等多種強化效應,獲得的冶金層具有非常高的耐磨、耐蝕、抗高溫氧化等性能。文獻1181用粉天材料C3%~4.5%,Cr35%,Ni5%,Si4.5%,B0.4%,應用等離子束表面冶金設備對截齒頭部進行處理表面,形成鐵基復合涂層,涂層主要由V- (Fe,Ni)(Cr,Fe) 7 (C,B)3相組成,冶金涂層具有較高的顯微硬度和較好的耐磨性能,生產的截齒在煤礦井下試用表明,截齒壽命提高2倍以上。等離子熔覆也可將Ni60A、高碳鉻粉(FeCr67C6) 及鐵基合金等粉末熔愛在鋼基體上,熔涂層與基體的結合狀態為具有較高結合強度的治金結合,熔覆涂層組織由大量的樹枝晶組成。這種樹枝晶是由高強韌性的固溶體及其上彌散分布的大量硬質相構成,起到耐磨骨架作用的樹枝晶,使熔覆涂層具有較高的耐磨性。

          化學熱處理?;瘜W熱處理是對截齒表面進行滲碳、滲硼、滲鉻等化學熱處理,使截齒表面形成硬度較高的化合物以增強表面耐磨性。如用20CrMnTi20CrMo滲碳鋼制造截齒,再滲碳處理,可提高表面硬度和耐磨性,滲碳是在一定碳勢氣氛中保溫,通過碳原子吸附及擴散,提高截齒表面的碳含量和形成細小碳化物顆粒,提高截齒表面硬度。通過40CrNiMo滲硼及滲鉻處理,表面形成硼和鉻的化合物,提高表面硬度和耐磨性,使截齒使用壽命得以提高。

           結論

          (1)目前截齒用鋼的系列主要有Cr-Mo系、Mn-B系、C-Ni-Mo系、Cr-Mn-Si系、Si-Mn-Mo系等,根據截齒的使用要求合理選擇截齒材料,對于大功率截齒或高端截齒產品,建議采用Cr-Ni-Mo系、Cr-Mn-Si系、Si-Mn-Mo系等合金鋼材料,配合一定的熱處理工藝生產截貨

          (2)對截齒工作部分進行表面處理可提高截齒頭部的硬度和耐磨性,表面處理可以采用堆焊硬質合金耐磨層、熱噴涂等方法提高截齒頭部硬度,提高截齒使用壽命,截齒的表面處理是提高截齒使用壽命的有效途。

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