礦用截齒節(jié)能熱處理工藝

太原市機電配件廠(山西 030012)王保國

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

目前國內截齒生產企業(yè)選用35CrMnSiA合金結構鋼進行鍛造→機加工成形→釬焊硬質合金頭→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→釬焊硬質合金頭→回火。兩種生產工藝都使用了對環(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淬火工藝，生產出適應不同工況條件的高性能截齒，節(jié)約了能源，改善了生產環(huán)境。

1.試驗材料及方法

試驗采用熱軋42CrMo鋼棒料，冷鍛成形，機加工關鍵尺寸，方法如下。

（1）按照截齒磨損類型，如果用于煤質軟、夾矸少的工況，采取工藝1：截齒體高頻爐加熱→釬焊→然后直接進入水溶性淬火介質分級淬火→低溫回火（見圖1）。硬質合金形狀如圖2所示。釬焊采用811釬料，脫水硼砂為釬劑。高頻釬焊在GP－50感應加熱設備上進行，釬焊溫度選擇在940～950℃，淬火溫度頭部850～880℃，柄部820～850℃，淬火介質濃度20%，焊縫強度、齒體韌性在WE－30型液壓萬能試驗機上進行，齒體硬度在HR－150A洛氏硬度儀上進行。

（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→然后直接進入水溶性淬火介質淬火→高溫回火工（見圖3），硬質合金形狀如圖4所示。釬焊采用811釬料，脫水硼砂為釬劑。高頻釬焊在ZP－120感應加熱設備上進行，釬焊溫度選擇在940～950℃，淬火溫度850～880℃，淬火介質濃度15%，焊縫強度、齒體韌性在WE－30型液壓萬能試驗機上進行，齒體硬度在HR－150A洛氏硬度儀上進行。

2.試驗結果及分析

圖1

圖2

圖3

（1）齒體耐磨性和焊縫抗剪切強度 在工藝1生產的礦用截齒中，由于淬火介質選用的是PAG類水溶性有機淬火介質（冷卻性能曲線如圖5示），所以解決了水淬開裂、畸變，油淬硬度不足，硝鹽淬火污染大、耗能大、不環(huán)保的問題，冷卻能力可以通過調整淬火冷卻介質的濃度進行調節(jié)，而且淬火冷卻介質的熱穩(wěn)定性好，長期使用不變質、壽命長，綜合使用成本低、無毒、無煙霧，有利于環(huán)境保護。釬焊后直接利用釬焊溫度進行淬火，杜絕了二次加熱，減少了能源消耗，同時淬火后的工件不用清洗可以直接進入回火工序，達到齒體頭部硬度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題。42CrMo合金結構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合金結構鋼比35CrMnSiA合金結構鋼更適宜作截齒材料。

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

在熱處理工藝制定中，充分考慮了金相組織轉變，利用中頻加熱、釬焊，然后直接進入一定濃度的水溶性淬火介質中，完成珠光體轉變?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到60J/cm2以上，焊縫抗剪切強度在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高于煤炭行業(yè)標準，在山西西山礦的白沙巖巷道掘進中解決了截齒在截割中硬煤巖時的斷柄、彎曲，合金掉頭問題。

同時，合金頭形狀的選擇要根據合金頭的工況條件合理設計。煤質較好，夾矸很少的工況要突出合金頭的高耐磨性，而工況惡劣時就要增加合金頭的抗沖擊性，提高焊縫抗剪切強度，防止合金頭碎齒掉頭現象。

3.結語

每一種截齒的設計都是為了滿足一定的截割參數和特定的煤巖要求，生產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，超出設計截割參數使用截齒，也必然引起截齒過早失效。如果工作時牽引速度過大，使截割厚度超過截齒伸出長度，就會導致齒座參與截割過程，整個截齒連同齒座都處于截割狀態(tài)，將加劇全齒磨損，而且因載荷過大易引起齒身溫度高，降低齒身強度，造成齒身彎曲、折斷現象。另外，在工作過程中隨時注意滾筒上截齒的狀態(tài)，以保證截齒的正常使用。通過截齒的失效分析，進行相應熱處理工藝，是開展截齒可靠性研究的基礎，只要解決截齒在設計、制造、選擇和使用等方面存在的問題，就能夠明顯地提高截齒的可靠性，大大降低截齒的損耗，進一步提高煤炭生產的效益，很好地適應高產高效礦井建設和發(fā)展要求。

通過上述熱處理工藝制造的礦用截齒，在實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，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