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1抗冲击、耐磨、无裂纹的硬质合金刀头研制
在硬质合金研究方面,与株洲硬质合金厂合作,对硬质合金进行了研究。通过对国内外硬质合金刀头的解剖分析,得出国外合金与国产合金的3项性能(磁力、比重、硬度)基本接近。在合金的显微结构上,也很难看出两者有很大差距。但是国外刀头的耐冲击性和耐磨性比较明显地优于国产刀头合金,主要是由于国产刀头合金原料纯度低,粉末成型工艺落后造成的。为此,对硬质合金新材质新工艺进行了研究。研制的截齿刀头选用了优质原料,改进成型工艺和合金制取工艺(高纯钨粉、高温还原、高温碳化)等3条技术措施,提高了截齿刀头的寿命。研制的合金具有高韧性、高耐磨性和高冲击性。
2耐磨层的堆焊
为了解决截齿在采煤过程中的快速磨损失效问题，采用堆焊方式（或其他冶金方式）在截齿锥顶（硬质合金刀头）以下齿体部位，沿圆周方向堆焊一个宽度约20-30mm、厚度2-3mm的环形带。此环形带即称之为耐磨堆焊层。常用的耐磨堆焊材料为马氏体堆焊合金（Ｄ３１７，Ｄ３２７，ＤＧ７等）、高铬Fe-Cr-C合金系（Ｄ６８８，Ｄ６３８等）、碳化钨、碳化铌（北京固本牌KB515）等。从机理上讲，截齿耐磨堆焊层的作用是：1、弥补或改变因硬质合金刀头钎焊工艺在齿体圆周形成的性能劣化现象（指先热处理后钎焊工艺生产的截齿）。2、进一步优化或强化刀头部分使用性能。当然，采用先钎焊刀头后整体热处理截齿的制造工艺时，后者的作用更为突出。然而，实际情况并不简单，截齿耐磨堆焊层的出现和使用，将截齿刀头与被切割煤岩之间的磨擦、冲击等作用，转换为或部分转换为堆焊层与被切割煤岩之间的磨擦、冲击等作用。它们之间的磨擦磨损、冲击损伤等，不仅取决于两个接触体材料的特性及其匹配行为，同时还受到采煤过程中诸多因素的影响。
3刀体材质的研究
目前国内掘进机截齿刀体的材料多为合金结构钢35CrMnSiA ,这种材料在淬火低温回火或等温淬火后,有较高的综合机械性能,但该材料横向性能比纵向性能差,有明显的回火脆性等缺陷。为此,进行了用42CrMo合金结构钢作为截齿体材料的研究。42CrMo同样属于中淬透合金钢,该钢无回火脆性,调质后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力,与35CrMnSiA合金钢相比,更适合截齿的受力特性,试验结果表明,该钢制作的齿体头部的抗裂性能和冲击韧性要比35CrMnSiA钢种好。因此,42CrMo合金结构钢比35CrMnSiA合金结构钢更适宜作截齿材料。
4焊缝间隙的研究
截齿钎焊焊缝间隙的大小是影响焊缝致密性和焊缝强度的关键因素。间隙太小,妨碍钎焊料流入;间隙过大,破坏钎焊缝的毛细管作用,使钎料不能填满焊缝间隙。截齿的钎焊,是钢与硬质合金的异种材料焊接,考虑硬质合金的线膨胀系数是钢的1Π2～1Π3,因此钎焊缝间隙应比钢对钢焊接时稍小。通过对几组不同间隙焊缝的试验研究,试验结果表明截齿焊缝间隙一般为0. 08～0. 15 mm为宜,另外最好采用带锥面的合金头和带锥面的截齿体孔,以尽量保证硬质合金刀头周围焊缝间隙均匀一致。
5钎焊及热处理工艺
钎焊及热处理工艺研究截齿的钎焊及热处理工艺是保证强力截齿质量和寿命的关键技术之一。目前国内截齿的生产工艺一般为以下2种:
(1)截齿体加工成形→钎焊硬质合金头→盐炉加热→硝盐等温淬火→回火。
(2)截齿体加工成形→盐炉加热→硝盐等温淬火→清洗→钎焊硬质合金头→回火。
第1种生产工艺,钎焊硬质合金头后盐炉加热再硝盐等温淬火。截齿体的硬度得到了保证,但硬质合金头在钎焊和硝盐等温淬火这一过程中,都经过了2次加热,从而使硬质合金头脆化,使截齿在使用过程中因硬质合金头崩裂和硬质合金头与截齿体焊接的开裂而大大缩短截齿的使用寿命。第2种生产工艺,硝盐等温淬火后钎焊硬质合金头,虽然焊缝的质量和硬质合金头的质量得到了保证,但截齿体头部的硬度却下降了,导致截齿体头部耐磨性大大降低,使得截齿在使用过程中硬质合金头过早脱落,同样也缩短了截齿的使用寿命。为此,采用截齿真空炉钎焊与热处理同时一次加热,使钎焊好的截齿直接进行淬火的工艺。该工艺具有以下显著特点:
(1)采用真空炉加热钎焊,避免了钎焊过程中钎焊表面与空气接触产生氧化,可使熔化的液态钎料与钎焊表面直接接触,产生湿润的填缝,以获得优质的钎焊质量。
(2)使钎焊好的截齿不经空冷直接淬火,避免了二次加热问题,又提高了齿体的综合机械性能。截齿的真空钎焊工艺流程为:清洗截齿体待焊部分、钎料和硬质合金刀头→烘干→装填焊料、硬质合金刀头→将截齿装入夹具内→入炉加热→冷却。
