截齒是煤礦采煤機(jī)及礦山巷道掘進(jìn)機(jī)械中使用的刃具，截齒質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響采掘機(jī)的效率和企業(yè)的生產(chǎn)成本，隨著人們對(duì)能源特別是煤炭需求的增加，為了提高采掘效率，采煤機(jī)功率不斷增大，對(duì)截齒的質(zhì)量要求越來越高，作為采煤機(jī)截齒材料，要求其具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性、高的彎曲強(qiáng)度及耐腐蝕性，以防止截齒使用過程中產(chǎn)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與斷裂失效。接下來我們了解一下截齒材料的種類及其性能特點(diǎn)和截齒的制造工藝。

    截齒材料的種類及其性能特點(diǎn)

   目前國(guó)內(nèi)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(chǎn)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(diǎn)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(guó)家煤炭行業(yè)采掘機(jī)械用截齒標(biāo)準(zhǔn)(MT/T246-2006)對(duì)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(qiáng)度指標(biāo)均需達(dá)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(qiáng)度、良好的淬透性，在高溫時(shí)有高的蠕變和持久強(qiáng)度等特點(diǎn)。42CrMo材質(zhì)齒體常規(guī)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(shí)際生產(chǎn)中如果熱處理不當(dāng)會(huì)造成心部韌性較低，表面機(jī)械加工質(zhì)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(zhì)的常規(guī)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(fù)相組織，獲得較高的強(qiáng)度 (obz1600MPa) 、硬度(HRC242) 和韌性 (akuz60J/cm2)，能適應(yīng)采煤生產(chǎn)較復(fù)雜的工況條件。35 CrMnsi鋼采用850°C淬火、340°C等溫時(shí)，可以使35 CrMnSi截齒壽命較之前提高1.5倍。

40 CrNiMo合金結(jié)構(gòu)鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和良好的淬透性和抗過熱的穩(wěn)定性，但白點(diǎn)敏感性高，有回火脆性，一般調(diào)質(zhì)態(tài)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(hào)為30SMn2Mo，880C正火+回火熱處理工藝。熱處理后可獲得較高的強(qiáng)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(qiáng)韌性和高的耐磨性，空冷熱處理后使鋼的強(qiáng)度、韌性、耐磨性可 滿足截齒材料力學(xué)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(xué)性能低，尤其是沖擊韌性低的缺點(diǎn)。生產(chǎn)性試驗(yàn)表明，用Si-Mn-Mo系生產(chǎn)截齒，工藝簡(jiǎn)單，其使用壽命35CrMnSi鋼截齒提高1.5~ 2倍。

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(qiáng)度在1560 ~ 1900MPa、硬度HRC53。ZG40Cr2siMn.MoCuBTiRe鋼正火+低溫回火可獲得抗拉強(qiáng)度1550MPa，硬度HRC53~55。對(duì)于鑄鋼褲體材料，生產(chǎn)中最大的問題是褲體材料韌性指標(biāo)沒有鍛造材料高，加之鑄造過程影響鑄件質(zhì)量的因素頗多，鑄造時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生些缺陷，在大功率采煤機(jī)截齒上的應(yīng)用受到限制

    截齒的制造工藝

   1 截齒的生產(chǎn)工藝

目前截齒的生產(chǎn)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(jī)械加工成截齒褲體然后針焊截齒頭部的硬質(zhì)合金，之后進(jìn)行熱處理。熱處理方式根據(jù)截齒材料種類不同主要分為兩種形式，對(duì)于淬透性較高的截齒材料在感應(yīng)加熱釬焊硬質(zhì)合金后利用余熱進(jìn)行淬火或強(qiáng)制空冷，一種是針焊硬質(zhì)合金后重新加熱一定溫度淬火或強(qiáng)制空冷，再加熱時(shí)熱處理溫度受釬焊焊縫金屬的限制，不能太高，否則會(huì)影響焊縫質(zhì)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(zhì)合金一次復(fù)合鑄造成型，然后機(jī)械加工及熱處理。但采用鑄造的方法對(duì)鑄造工藝要求較高以確保鑄件毛壞鑄造缺陷少，對(duì)于大功率綜采機(jī)截齒越來越多的采用鍛造成型，配合機(jī)械加工來進(jìn)行截齒的生產(chǎn)。

   2 截齒的表面處理

截齒材料與煤層接觸的表面進(jìn)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(zhì)合金。根據(jù)截齒的受力情況，截齒的最大受力點(diǎn)發(fā)生在與煤層發(fā)生切割的刀頭部位，該部位磨損最為嚴(yán)重，為了提高截齒刀頭工作部分的耐磨性，對(duì)于截齒材料淬透性或濟(jì)硬性較差的截齒，通過對(duì)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(gè)防護(hù)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(kù)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(zhǎng)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(shí)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(yīng)用效果。采煤機(jī)截齒采用耐磨堆焊層可保護(hù)截齒頭免遭強(qiáng)烈的磨損而過早失效，在機(jī)械化綜合采煤生產(chǎn)作業(yè)中獲得推廣應(yīng)用。為了減小截齒的堆焊修復(fù)，通過堆焊實(shí)現(xiàn)截齒的反復(fù)使用，可以減小購(gòu)買截齒的費(fèi)用。通過堆焊硬質(zhì)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(zhì)合金齒頭的早期脫落。堆焊的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，操作比較靈活，能適應(yīng)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(shù)提高截齒頭部分耐磨性和使用壽命。熱噴涂技術(shù)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(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過預(yù)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(duì)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(shù)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(jié)合牢固的持殊保護(hù)涂層，實(shí)現(xiàn)涂層與金屬基體的冶金結(jié)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(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化等多種強(qiáng)化效應(yīng)，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(xiàn)1181用粉天材料C3%~4.5%，Cr35%，Ni5%，Si4.5%，B0.4%，應(yīng)用等離子束表面冶金設(shè)備對(duì)截齒頭部進(jìn)行處理表面，形成鐵基復(fù)合涂層，涂層主要由V- (Fe，Ni)和(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(chǎn)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(jié)合狀態(tài)為具有較高結(jié)合強(qiáng)度的治金結(jié)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(qiáng)韌性的固溶體及其上彌散分布的大量硬質(zhì)相構(gòu)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(xué)熱處理?；瘜W(xué)熱處理是對(duì)截齒表面進(jìn)行滲碳、滲硼、滲鉻等化學(xué)熱處理，使截齒表面形成硬度較高的化合物以增強(qiáng)表面耐磨性。如用20CrMnTi和20CrMo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(shì)氣氛中保溫，通過碳原子吸附及擴(kuò)散，提高截齒表面的碳含量和形成細(xì)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(jié)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(jù)截齒的使用要求合理選擇截齒材料，對(duì)于大功率截齒或高端截齒產(chǎn)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(chǎn)截貨

(2)對(duì)截齒工作部分進(jìn)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(zhì)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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