发布时间:2023-04-26 02:55:06 次数:1
截齿是煤矿采煤机及矿山巷道掘进机械中使用的刃具,截齿质量的优劣直接影响采掘机的效率和企业的生产成本,随着人们对能源特别是煤炭需求的增加,为了提高采掘效率,采煤机功率不断增大,对截齿的质量要求越来越高,作为采煤机截齿材料,要求其具有较高的强度、硬度和耐磨性、高的弯曲强度及耐腐蚀性,以防止截齿使用过程中产生断裂、弯曲、变形和早期磨损失效。
从对国内外截齿产品调查情况,国内厂家生产的截齿消耗率,综采一般为80~200把/万吨,而国外截齿综采损耗率20把/万吨。
2022年中国煤炭产量已经达到45亿吨以上,可以看出,作为机械化采煤的刀具,截齿的消耗量非常大,因此,为降低采煤机截齿消耗,研究新型的高强度截齿材料,提高截齿的使用寿命,提高劳动生产率,具有重要的意义。
截齿一般常见的分类有:采煤齿、掘进齿、旋挖齿等
目前国内外常用的截齿材料合金系列主要有Cr-Mo系、Mn-B系、Cr-Ni-Mo系、Cr-Mn-Si系、Si-Mn-Mo系等,从生产方法来看主要有铸造截齿材料和锻造截齿材料。
Cr-Mo系截齿材料典型钢种为42CrMo钢,它具有高的强度、良好的淬透性,在高温时有高的蠕变和持久强度等特点。42CrMo材质齿体常规的热处理工艺为840℃油淬+360~400℃回火,热处理后所得组织为回火马氏体,具有较高的疲劳极限和抗多次冲击的能力,低温冲击韧性良好。实际生产中如果热处理不当会造成心部韧性较低,表面机械加工质量较差容易引起镐形截齿在使用过程中柄部断裂。
Cr-Mn-Si系截齿材料典型代表为35CrMnSi,截齿材质的常规热处理工艺主要有两种,一种为880℃油淬+380~430℃ 回火,获得贝氏体、马氏体和少量残余奥氏体组织,具有较高硬度和耐磨性;另一种热处理工艺为880 ℃加热+280~350℃等温淬火,35 CrMnSi钢等温淬火热处理后获得马氏体、贝氏体、残留奥氏体的复相组织,获得较高的强度(σb≥1600MPa)、硬度(HRC≥42)和韧性(aku≥60J/cm2),能适应采煤生产较复杂的工况条件。35 CrMnSi钢采用850℃淬火、340℃等温时,可以使35 CrMnSi截齿寿命较之前提高1.5倍。
40 CrNiMo合金结构钢具有高的强度、韧性和良好的淬透性和抗过热的稳定性,但白点敏感性高,有回火脆性,一般调质态使用,可配合表面处理,如渗硼等,提高截齿表面硬度,提高耐磨性。
Si-Mn-Mo系截齿材料牌号为30SiMn2Mo,880℃正火+回火热处理工艺。热处理后可获得较高的强度(σb≥1650MPa)、硬度(HRC≥45)和韧性(aku≥62J/cm2),组织由贝氏体铁素体和残留奥氏体组成的新型贝氏体组织,具有良好的强韧性和高的耐磨性,空冷热处理后使钢的强度、韧性、耐磨性可 满足截齿材料力学性能的要求。组织中的残余奥氏体代替了典型贝氏体组织中的碳化物,提高了材料的塑性和韧性,克服了典型贝氏体钢综合力学性能低,尤其是冲击韧性低的缺点。生产性试验表明,用Si-Mn-Mo系生产截齿,工艺简单,其使用寿命35CrMnSi钢截齿提高1.5~2倍。
截齿的生产工艺可分为3种
(1)截齿体加工成形一钎焊硬质合金头一盐炉加热一硝盐等温淬火一回火。
(2)截齿体加工成形一盐炉加热一硝盐等温淬火一清洗一+钎焊硬质合金头一回火。
(3)钎焊-热处理一体化技术。
(1)堆焊硬质合金。截齿耐磨层的堆焊是利用所堆焊材料具有高硬度和高耐磨性,在截齿齿体头部堆敷一层或几层堆焊材料,形成一个防护带,该层具有高的耐磨性、良好的耐蚀性,使截齿裤体材料的齿头不直接与被采的煤岩接触,减少齿头部库体材料与煤层的摩擦和冲击等作用,减缓截齿磨损失效率,延长截齿的使用寿命。堆焊的优点是设备简单,成本低,操作比较灵活,能适应全方位的堆焊。
(2)表面热喷涂。截齿表面处理的另一种方法是利用热喷涂技术提高截齿头部分耐磨性和使用寿命。如对截齿材料头部高温喷涂一层金属陶瓷,增加头部硬度(HRC≥60),硬度高,耐磨性好,截齿的使用寿命可提高50%以上
(3)表面冶金方法。表面冶金技术是以等离子弧等为热源,在基体材料表面获得一层均匀致密、结合牢固的特殊保护涂层,实现涂层与金属基体的冶金结合,等离子熔覆是一种快速非平衡凝固过程,具有过饱和固溶强化、弥散强化和沉淀强化等多种强化效应,获得的冶金层具有非常高的耐磨、耐蚀、抗高温氧化等性能。
(4)化学热处理。化学热处理是对截齿表面进行渗碳、渗硼、渗铬等化学热处理,使截齿表面形成硬度较高的化合物以增强表面耐磨性。通过40CrNiMo渗硼及渗铬处理,表面形成硼和铬的化合物,提高表面硬度和耐磨性,使截齿使用寿命得以提高。
利用激光作为热源将粉末熔覆在工件表面,冶金结合,具有结合强度高、稀释率低的有点。激光熔覆是一种新的表面改性技术。其原理是利用高密度的激光束将具有不同成分、性能的合金与基材表面快速熔化,在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层的快速凝固过程,与堆焊、喷涂、电镀等传统方法相比具有稀释率小、组织密度、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。
激光熔覆截齿具有耐磨损、寿命长、不易折断、无火花等特点。不仅降低了煤炭生产成本,减少了工人劳动强度,而且很好的解决了长期以来因为截齿在使用过程中产生火花而威胁煤炭安全生产的问题 ,激光熔覆材料的应用使截齿堆焊层性能指标和堆焊层形状具有多变性和可控性;激光熔覆材料及堆焊工艺的应用,彻底解决了钎焊过程对齿头造成的退火软化难题。
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