采煤机截齿复合渗硼替代焊接硬质合金0电阻表

采煤机截齿复合渗硼替代焊接硬质合金

采煤机截齿复合渗硼替代焊接硬质合金 2011年12月04日 来源： 金属渗硼层具有良好的抗磨性和红硬性，不足之处是脆性较大[2]。一方面是由于金属渗硼层较薄（通常为30～150μm左右），而其线膨胀率与基体差别大，一旦受力、受热，容易剥落；另一方面由于金属渗硼层硬度太高（尤其是FeB可达2200～2400HV），一旦受到冲击就可能发生崩落。倘若采用深层渗硼且使其锯齿状组织嵌入基体，就可以将其应用于重载采煤机截齿。如此，不但可以改善采煤机的工作条件，而且和截齿焊接硬质合金比较还可以降低生产成本，提高经济效益。本文试图就该设想的可行性进行研究，以扩大渗硼应用范围。1渗硼试验1.1渗剂的选择选用固体渗硼法作为采煤机截齿复合渗硼方式。试验设备：KSY-12-16型箱式电阻炉、XJT-1型金相显微镜。通过几种渗硼剂、渗硼厚度、金属渗硼层金相结构以及外观形貌的试验比较，我们选择如下渗剂：15%B4C＋10%Na2SiF6＋2%KBF4＋73%SiC。1.2截齿材料的选择采煤机截齿不仅工作环境恶劣，而且还要承受冲击载荷和剪切应力。所以，基材的选择应该既能达到一定的渗层厚度和较好的综合力学性能，又能有较好的强度和韧性。为此，用20钢、45钢、40Cr钢、T8钢及T12钢进行比较试验。通过试件的渗硼厚度、渗硼层外观形貌以及基材碳含量对渗硼层性能等多项结果比较[2]，最后选择45钢为截齿基体材料。1.3稀土元素对渗硼效果的影响用我们选择的渗剂不仅可以获得较深的渗层，而且渗层的质量也较好，唯一的缺陷是工艺周期太长，约需20h。为此，在渗剂中适量加入了稀土元素，以期缩短渗硼时间、提高基体性能和减少能耗[3]。结果表明，加入10%的稀土元素，可使渗硼速度提高20%～30%。此外，稀土催渗，不仅使渗层化合物深度增加，而且还使扩散层明显加深。1.4渗硼工艺的正交分析采煤机截齿工作条件复杂，煤体虽软但其中常常夹着矸石、黄铁矿、石英等硬料。既然要求截齿具有很强的抗冲击和抗磨损能力，就必须对渗硼层厚度提出要求。故此，用正交试验法对渗硼工艺进行了优选。对应的正交设计因素及水平见表1。

表1渗硼正交设计因素表因素记号水平号123B4CAA1＝5%A2＝10%A3＝15%Na2SiF6BB1＝5%B2＝10%B3＝15%KBF4CC1＝2%C2＝4%C3＝6%渗硼温度／℃DD1＝850D2＝950D3＝1050保温时间／hEE1＝8E2＝16E3＝24注：对于稀土元素，为减少影响因素使分析简单，仅考虑其催渗作用，故在此表中不加以体现；A、B、C分别为渗剂中B4C、Na2SiF6、KBF4在渗剂中的百分比含量，D为渗硼温度，E为保温时间。

通过试验[4]，最后得到最佳渗剂配方及工艺条件：15%B4C＋10%Na2SiF6＋2%KBF4＋73%SiC；渗硼温度为950℃，保温时间为16h。对应的渗硼层厚度为850μm，其金相组织见图1。

图1截齿复合渗硼后的金相组织

2现场试验为了检验采用复合渗硼技术处理的采煤机截齿工作效果，经试验室的抗压性能试验、抗扭性能试验、抗冲击性能试验以及抗磨损性能试验后，我们加工了50个截齿（复合渗硼处理），送至河南平顶山煤业集团进行了现场工业性试验，现将有关情况概述如下。2.1试验方式及条件将16个渗硼截齿依次安装在MG-150型采煤机滚筒靠煤壁的端头。其中8个截齿按不同的倾角安装。煤层厚度H＝1.8m，煤的硬度f＝1.5，煤灰粉含量：Ad20，夹矸率：1／20，发热量：5300J，采煤机滚筒直径：1.4m，滚筒一次切割深度：0.5m。2.2截齿磨损情况比较经过为期10天的现场工业性试验，16个试验截齿总体工作状况良好。图2为试验前(右)后(左)渗硼截齿外观形貌比较；图3为试验前(左)后(右)同机工作的普通截齿外观形貌比较。

图2试验前后渗硼截齿外观形貌比较

图3试验前后同机工作的普通截齿外观形貌比较

从图2、3可以看出，截齿的破坏形式主要还是磨粒磨损。这主要是由于煤的硬度和夹矸率较低所致。但是，比较试验结果普通截齿明显比渗硼截齿磨损严重。对于普通截齿，尤其是靠近煤壁的截齿，由于齿体材料抗磨损性能相对较低，而且齿面发热加速了齿体磨损，使截齿磨损加剧，硬质合金刀头裸露。而对于渗硼截齿，由于截齿整个齿面均已渗硼（1600～1800HV），抗磨损性能显著增强，延长了截齿的工作寿命。3结论经上述分析和试验，采用复合渗硼技术替代采煤机截齿焊接硬质合金工艺，不仅技术上可行，而且经济上也比较合理。经初步测算，复合渗硼处理的截齿较普通截齿可以降低成本40%，并且渗硼截齿除了可改善截齿工作条件外，还延长寿命2～3倍。此外，采用渗硼截齿，还可以减少更换截齿时间及人工费用，提高生产效率。参考文献：[1]A.GF.V马图施卡．渗硼[M]．北京：机械工业出版社，1987：26～40．[2]李颂文，唐果宁．碳含量对渗硼过程影响的试验研究[J]．湘潭矿业学院学报，1997，（1）：72～75．[3]程先华等．稀土元素在化学热处理中的应用[J]．上海金属，1995（2）：15～6．[4]唐果宁，黄良沛，李颂文．渗硼工艺的正交分析研究[J]．金属热处理，1998（6）：26～29．(end)

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