太原市機(jī)電配件廠(山西 030012)王保國(guó)

截齒是采掘機(jī)上用于截割煤巖的刀具，截齒性能的優(yōu)劣，生產(chǎn)成本的高低直接影響煤礦的生產(chǎn)效率。作為截齒的生產(chǎn)企業(yè)務(wù)必將提高礦用截齒制造質(zhì)量，采取節(jié)能、環(huán)保的熱處理工藝為重中之重。

目前國(guó)內(nèi)截齒生產(chǎn)企業(yè)選用35CrMnSiA合金結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行鍛造→機(jī)加工成形→釬焊硬質(zhì)合金頭→硝鹽等溫淬火→回火或是截齒體加工成形→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→清洗→釬焊硬質(zhì)合金頭→回火。兩種生產(chǎn)工藝都使用了對(duì)環(huán)境污染大、高耗能的鹽浴爐、硝鹽爐。本文采用中頻或高頻釬焊，然后直接水溶性淬火介質(zhì)淬火工藝，生產(chǎn)出適應(yīng)不同工況條件的高性能截齒，節(jié)約了能源，改善了生產(chǎn)環(huán)境。

1.試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)采用熱軋42CrMo鋼棒料，冷鍛成形，機(jī)加工關(guān)鍵尺寸，方法如下。

（1）按照截齒磨損類型，如果用于煤質(zhì)軟、夾矸少的工況，采取工藝1：截齒體高頻爐加熱→釬焊→然后直接進(jìn)入水溶性淬火介質(zhì)分級(jí)淬火→低溫回火（見(jiàn)圖1）。硬質(zhì)合金形狀如圖2所示。釬焊采用811釬料，脫水硼砂為釬劑。高頻釬焊在GP－50感應(yīng)加熱設(shè)備上進(jìn)行，釬焊溫度選擇在940～950℃，淬火溫度頭部850～880℃，柄部820～850℃，淬火介質(zhì)濃度20%，焊縫強(qiáng)度、齒體韌性在WE－30型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，齒體硬度在HR－150A洛氏硬度儀上進(jìn)行。

（2）如果是用于工況惡劣的煤巖，則采用工藝2：中頻爐加熱→釬焊→然后直接進(jìn)入水溶性淬火介質(zhì)淬火→高溫回火工（見(jiàn)圖3），硬質(zhì)合金形狀如圖4所示。釬焊采用811釬料，脫水硼砂為釬劑。高頻釬焊在ZP－120感應(yīng)加熱設(shè)備上進(jìn)行，釬焊溫度選擇在940～950℃，淬火溫度850～880℃，淬火介質(zhì)濃度15%，焊縫強(qiáng)度、齒體韌性在WE－30型液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，齒體硬度在HR－150A洛氏硬度儀上進(jìn)行。

2.試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1

圖2

圖3

（1）齒體耐磨性和焊縫抗剪切強(qiáng)度 在工藝1生產(chǎn)的礦用截齒中，由于淬火介質(zhì)選用的是PAG類水溶性有機(jī)淬火介質(zhì)（冷卻性能曲線如圖5示），所以解決了水淬開(kāi)裂、畸變，油淬硬度不足，硝鹽淬火污染大、耗能大、不環(huán)保的問(wèn)題，冷卻能力可以通過(guò)調(diào)整淬火冷卻介質(zhì)的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且淬火冷卻介質(zhì)的熱穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期使用不變質(zhì)、壽命長(zhǎng)，綜合使用成本低、無(wú)毒、無(wú)煙霧，有利于環(huán)境保護(hù)。釬焊后直接利用釬焊溫度進(jìn)行淬火，杜絕了二次加熱，減少了能源消耗，同時(shí)淬火后的工件不用清洗可以直接進(jìn)入回火工序，達(dá)到齒體頭部硬度50HRC，柄部在40HRC，沖擊韌度高于49J/cm2，這樣既提高了齒體頭部和合金頭的耐磨性，合金頭也避免了反復(fù)加熱，更重要的是截齒體前端的耐磨性有了很大提高，解決了截齒后期掉合金頭問(wèn)題。42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼制作的齒體頭部的耐磨性能和沖擊韌度要比35CrMnSiA鋼種好，因此42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼比35CrMnSiA合金結(jié)構(gòu)鋼更適宜作截齒材料。

（2）齒體的抗沖擊性 在工藝2生產(chǎn)的礦用截齒，由于截齒在截割硬煤巖時(shí)承受高壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊載荷，因此，在保證截齒表面足夠的耐磨性時(shí)，重點(diǎn)解決截齒材料的韌性、焊縫強(qiáng)度，以提高截齒的綜合力學(xué)性能，延長(zhǎng)截齒的使用壽命。

在熱處理工藝制定中，充分考慮了金相組織轉(zhuǎn)變，利用中頻加熱、釬焊，然后直接進(jìn)入一定濃度的水溶性淬火介質(zhì)中，完成珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，再控制冷卻速度，得到馬氏體，最后采用高溫回火，得到齒體沖擊韌度高、抗剪切性能優(yōu)良的索氏體+殘余鐵素體。齒體的抗沖擊韌度達(dá)到60J/cm2以上，焊縫抗剪切強(qiáng)度在260MPa以上，截齒體整體硬度在42HRC，焊縫抗剪切、齒體抗高沖擊性能都遠(yuǎn)高于煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在山西西山礦的白沙巖巷道掘進(jìn)中解決了截齒在截割中硬煤巖時(shí)的斷柄、彎曲，合金掉頭問(wèn)題。

同時(shí)，合金頭形狀的選擇要根據(jù)合金頭的工況條件合理設(shè)計(jì)。煤質(zhì)較好，夾矸很少的工況要突出合金頭的高耐磨性，而工況惡劣時(shí)就要增加合金頭的抗沖擊性，提高焊縫抗剪切強(qiáng)度，防止合金頭碎齒掉頭現(xiàn)象。

3.結(jié)語(yǔ)

每一種截齒的設(shè)計(jì)都是為了滿足一定的截割參數(shù)和特定的煤巖要求，生產(chǎn)工藝的編制要滿足截齒的使用工況條件。如果把適用于較軟煤巖的截齒用于截割較硬煤巖，必然加劇截齒的破壞，超出設(shè)計(jì)截割參數(shù)使用截齒，也必然引起截齒過(guò)早失效。如果工作時(shí)牽引速度過(guò)大，使截割厚度超過(guò)截齒伸出長(zhǎng)度，就會(huì)導(dǎo)致齒座參與截割過(guò)程，整個(gè)截齒連同齒座都處于截割狀態(tài)，將加劇全齒磨損，而且因載荷過(guò)大易引起齒身溫度高，降低齒身強(qiáng)度，造成齒身彎曲、折斷現(xiàn)象。另外，在工作過(guò)程中隨時(shí)注意滾筒上截齒的狀態(tài)，以保證截齒的正常使用。通過(guò)截齒的失效分析，進(jìn)行相應(yīng)熱處理工藝，是開(kāi)展截齒可靠性研究的基礎(chǔ)，只要解決截齒在設(shè)計(jì)、制造、選擇和使用等方面存在的問(wèn)題，就能夠明顯地提高截齒的可靠性，大大降低截齒的損耗，進(jìn)一步提高煤炭生產(chǎn)的效益，很好地適應(yīng)高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和發(fā)展要求。

通過(guò)上述熱處理工藝制造的礦用截齒，在實(shí)際使用中取得了良好的效果，截齒的消耗低于原所用截齒的指標(biāo)，其抗磨損性能和抗沖擊性能有了很大的提高。

圖4

圖5 淬火冷卻曲線