采煤機(jī)截齒齒體材料及工藝探究

林杭

（天地科技股份有限公司上海分公司，上海 200030）

采煤機(jī)等機(jī)械的制造與生產(chǎn)受到越來越多人們的關(guān)注。機(jī)械生產(chǎn)中的齒體零部件的生產(chǎn)會對機(jī)械作業(yè)的效果以及質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。對此，在采煤機(jī)等機(jī)械制造生產(chǎn)的過程當(dāng)中，需要注意齒體零部件的材料選用以及生產(chǎn)工藝的選擇工作。根據(jù)齒體材料的要求，拾取材料可分為準(zhǔn)貝氏體鋼、冷貝氏體鋼和高韌性二次硬化鋼。在切削齒體生產(chǎn)過程中，一般采用風(fēng)冷和高溫回火來提高采煤機(jī)齒面的耐磨性和硬度，提高采煤機(jī)的使用壽命和工作效率。

1 采煤機(jī)截齒齒體材料的性能

在煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，需要格外重視采煤機(jī)等機(jī)械的制造與生產(chǎn)工作，為了能夠提高采煤機(jī)的工作效率以及質(zhì)量，提高采煤產(chǎn)量，滿足人們對于煤礦資源的需求，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，便需要對采煤機(jī)的截齒齒體提出更高的要求。一般來說，截齒齒體會特別注意鋼的韌性和硬度。采煤機(jī)齒體鋼硬度較低時，在使用過程中容易發(fā)生彎曲和彎曲，但是，當(dāng)采煤機(jī)齒體的鋼材韌性比較低的時候，便會出現(xiàn)脆性失效的情況，因此，為了延長采煤機(jī)的使用壽命，提高工作效果，有必要注意齒材的選擇。在選擇齒材時，要始終選擇兩個導(dǎo)向指標(biāo)，一般選用合金元素鋼，如圖1所示。為此，一般選用空冷貝氏體鋼、高韌性二次硬化鋼、準(zhǔn)貝氏體鋼等。

1．1 空冷貝式體鋼

傳統(tǒng)的鋼材經(jīng)過不斷的實(shí)踐以及調(diào)制后，為了能夠滿足采煤機(jī)的使用效果，延長采煤機(jī)的使用壽命，便需要提高采煤機(jī)截齒體的硬度，采煤機(jī)本體的硬度需達(dá)到42左右，能滿足機(jī)械材料的要求。然而,從整個生產(chǎn)過程的角度來看，煤礦機(jī)械材料的淬火和回火處理之前焊接硬質(zhì)合金刀頭,鋼的硬度會降低10～30毫米的距離內(nèi),導(dǎo)致出現(xiàn)少于12鋼鐵和魏氏組織。應(yīng)用這種鋼來摘鋼，會使采煤機(jī)在操作過程中機(jī)械性能下降，如韌性如果硬度太低，齒體的耐磨性就會降低。然而，在鋼的基礎(chǔ)上改進(jìn)的風(fēng)冷貝氏體鋼具有更好的馬氏體組織，合金刀頭焊接后齒體的硬度不會降低，提高耐磨性能，對此將該類的體鋼用到采煤機(jī)的截齒齒體中，能夠提高硬度石的硬度達(dá)到35～50左右，并且韌性也能夠得到提高，提高到45，相對耐磨性提高到1.31，提高采煤機(jī)運(yùn)行的效果，延長采煤機(jī)的使用壽命。

1．2 高韌性二次硬化型鋼材

高韌性二次硬化型鋼材與傳統(tǒng)的鋼材相比，綜合性能更優(yōu)，將高韌性的二次硬化型鋼材運(yùn)用到采煤機(jī)截齒體中，能提高耐磨性，盡管該類鋼材的韌性比較低，但是，能夠延長采煤機(jī)的使用壽命，發(fā)揮耐磨性性能的作用。由于采煤作業(yè)的作業(yè)量比較大，強(qiáng)度比較高，對此通過使用該類鋼才能夠更好地滿足高強(qiáng)度采煤作業(yè)的需求，當(dāng)高韌性的二次硬化型鋼材經(jīng)過空淬以及高溫回火后，會提高鋼材的抗拉強(qiáng)度，使得抗拉強(qiáng)度達(dá)到1730MPa,硬度也會達(dá)到50～52，提高相對的耐磨性。該類的齒體齒頭得到相應(yīng)的淬火強(qiáng)化，使其在實(shí)際的操作過程中能夠發(fā)揮綜合性能的作用，延長采煤機(jī)的使用壽命，更好地進(jìn)行采煤工作，提高采煤工作的效率以及質(zhì)量。

1．3 準(zhǔn)貝式體鋼

準(zhǔn)貝式體鋼便是指Si-Mn-Mo鋼材，該類鋼材的耐磨性以及韌性配合度比較高，并且當(dāng)準(zhǔn)貝式體鋼經(jīng)過空冷工序后，能夠獲取更多的準(zhǔn)貝式體組織，在工藝的過程中能夠發(fā)揮自動的替換碳化物的作用，從而提高鋼化的硬度、耐磨性、塑性以及韌性等。將準(zhǔn)貝式體鋼運(yùn)用到采煤機(jī)截齒齒體中，由于該類體鋼的表面硬度比較高，能夠抑制裂紋擴(kuò)展，從而使得齒體在運(yùn)行的過程中減少磨損程度，避免裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展，延長采煤機(jī)的使用壽命，提高工作的效率。

1．4 35-CrMnSi合金鋼

這種合金鋼是最常見的低合金鋼，但經(jīng)過等溫淬火后，沖擊韌性有所提高，但只能達(dá)到42～44，抗拉強(qiáng)度為1600MPa。然而，基體需要加入1%～2%的Cr，在添加時需要進(jìn)行熱處理。但是，這種鋼材的沖擊變形性能相對較好，在此過程中，成本相對較低。根據(jù)采煤機(jī)齒體材料的要求，這種鋼本體的應(yīng)用可以在一定程度上減少事故的發(fā)生，避免沖擊變形和突然嚴(yán)重磨損的現(xiàn)象，但不能更好地滿足采煤機(jī)高強(qiáng)度作業(yè)的要求。

圖1 合金元素鋼的類型

2 截齒齒體材料的工藝

為了能夠保證采煤機(jī)機(jī)械運(yùn)行的效率，滿足人們對煤礦資源的需求，便須要格外的重視截齒齒體材料工藝的選擇，保證采煤機(jī)能夠正常地運(yùn)行，延長采煤機(jī)的壽命，下面便具體講述截齒齒體材料的工藝，如圖2所示。

2．1 截齒齒體材料的生產(chǎn)工藝

采煤機(jī)工作的性能取決于鋼的特性和生產(chǎn)工藝。例如,當(dāng)選擇的材料選擇的齒體選擇普通低合金鋼時，盡管成本比較低，然而,很難提高這種材料的硬度和韌性。為了延長采煤機(jī)使用壽命，提高工作的效率，便可以通過添加CR方式提高齒體的硬度和韌性。在淬火過程中，需要采用等溫淬火處理。在進(jìn)行處理前，齒體的硬度和拉伸性能不強(qiáng)。然而，當(dāng)風(fēng)冷貝氏體鋼、準(zhǔn)貝氏體鋼和高韌性二次硬化鋼，結(jié)合采用空氣淬火和高溫回火的方式能夠有效地提高截齒齒體的硬度和韌性，能夠有效地減少淬火的工序，提高工作的效率，并且提高鋼材的硬度以及抗拉強(qiáng)度，提高相對的耐磨性能，大約相對耐磨性的能夠提高33%左右，延長采煤機(jī)的使用壽命。其中高韌性二次硬化型鋼材在回火的過程中需要控制溫度，溫度應(yīng)該控制在580℃左右，在該溫度下進(jìn)行鋼材的淬煉能夠形成比較穩(wěn)定的鋼體組織。由于采煤機(jī)作業(yè)的過程中經(jīng)常會由于摩擦所產(chǎn)生高溫，但是，使用該高韌性二次硬化型鋼材作為截齒齒體的材料，能夠?qū)λa(chǎn)生的高溫具有強(qiáng)大的抵御能力。

2．2 截齒的生產(chǎn)工藝

目前，在采煤機(jī)采煤鉗的制造中，工藝主要分為三大類，即硬合金加熱后釬焊、溫度淬火、強(qiáng)制風(fēng)冷。這種工藝在使用過程中需要控制溫度，以減少釬焊金屬的限制和對焊接質(zhì)量的影響。第二道工序是將棒材研磨鍛造成齒體坯，或經(jīng)過機(jī)械加工后形成挑條。采用頭合金對釬頭進(jìn)行釬焊，然后，進(jìn)行整體熱處理。第三種工藝是通過鑲嵌鑄造或鑄造的方式來鍛造。鑲嵌鑄造是一種硬質(zhì)合金與齒體的一次性復(fù)合鑄造。復(fù)合鑄造后，可進(jìn)行熱處理和機(jī)加工。在使用這種方法時，要保證澆注方法和工藝達(dá)到一定的要求，從而提高鋼體的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，減少鑄件缺陷。

2．3 截齒表面處理工藝

在采煤機(jī)運(yùn)行過程中，截齒的表面與煤層的接觸效率比較高，經(jīng)常會發(fā)生接觸，并且通過對截齒的表面進(jìn)行處理，能夠延長截齒的使用壽命和耐磨性能，延長采煤機(jī)的使用壽命，在實(shí)際的齒體制造的過程中，便要做好齒體表面的處理工作，在表面處理工作的時候，一般采取堆焊硬質(zhì)合金表面熱噴涂表面之間等方式進(jìn)行處理，其中表面熱噴涂工藝發(fā)揮的作用極其顯著，通過使用熱源將齒體的表面耐磨材料進(jìn)行加熱直到半融化和溶化的狀態(tài)，通過進(jìn)行一定速度的噴射，將耐磨材料沉積在齒體的表面，從而提高齒體的耐磨性能，并且在齒體的表面噴涂金屬陶瓷能夠提高硬度，延長使用壽命。使用堆焊處理工藝進(jìn)行齒體表面的處理，能夠減少成本的使用，并且設(shè)備比較簡單，操作比較便捷，提高工作的效率。

圖2 截齒齒體材料的工藝

3 結(jié)語

我國在采煤機(jī)截齒齒體材料選擇的過程中非常重視復(fù)合型鋼材的使用，在齒體生產(chǎn)工藝選擇的時候，一般采取空冷與高溫回火的方式，提高截齒齒體的硬度以及耐磨性，延長采煤機(jī)的使用壽命，提高工作效率。