CN101446199A - 孕镶金刚石复合片强耐磨截齿及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孕镶金刚石复合片强耐磨截齿及其制作工艺；所述截齿包括钢体齿身、齿头和复合片齿尖，所述的复合片齿尖通过钎焊焊接在齿头中部；所述的钢体齿身和所述的齿头直接通过粉末冶金的方法，利用热压工艺烧结成为一体；所述齿头的原料包括胎体粉末和金刚石；所述胎体粉末含有一定比例的钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉和碳化钨粉末，金刚石颗粒度为0.42mm～0.074mm，金刚石的体积占所述齿头体积的比例为5％～50％；所述工艺包括胎体粉末混料、工作层料配混、热压烧结成型、喷砂和钎焊步骤；本发明的截齿工作效率高和使用寿命长，是适用于采煤、采矿、钻井等设备用的截齿。

Description

孕镶金刚石复合片强耐磨截齿及其制作工艺

技术领域

本发明涉及采煤、采矿、钻井设备用的截齿，尤其涉及一种孕镶金刚石复合片强耐磨截齿及其制作工艺。

背景技术

常规的截齿指在齿头部位焊上硬质合金齿尖，截齿钢体齿身由特殊钢(如30CrMnTi、30CrMnSi等)制成。由于截齿钢体齿身的材料硬度大大低于硬质合金齿头，易于磨损，所以常出现硬质合金齿头突出、脱落、脱焊并在切削过程中与钢体齿身折断等现象，造成截齿使用寿命较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种孕镶金刚石复合片强耐磨截齿，能提高截齿的工作效率和使用寿命。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的孕镶金刚石复合片强耐磨截齿，包括钢体齿身和齿头，还包括复合片齿尖，所述的复合片齿尖通过钎焊焊接在齿头中部；所述的钢体齿身和所述的齿头直接通过粉末冶金的方法，利用热压工艺烧结成为一体；所述齿头的原料包括胎体粉末和超硬磨料；所述胎体粉末含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉和碳化钨粉末，所述胎体粉末颗粒直径不大于0.074mm，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉的总重量占胎体粉末总重量的10％～60％，铜粉和锡粉的总重量占胎体粉末总重量的10％～40％，碳化钨粉末重量占胎体粉末总重量的20％～80％；所述超硬磨料采用金刚石，金刚石颗粒度为0.42mm～0.074mm，金刚石的体积占所述齿头体积的比例为5％～50％。

进一步，采用钴、镍、铁、锰和铬的预合金粉末代替全部或者部分所述钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉；采用铜和锡的预合金粉末代替全部或者部分铜粉和锡粉；采用碳化二钨粉末代替全部或者部分碳化钨粉末。

本发明的另一目的是提供所述孕镶金刚石复合片强耐磨截齿的制作工艺，包括以下步骤：

a、胎体粉末混料

b、工作层料配混

c、热压烧结成型

d、喷砂

e、钎焊

a、b、c、d、e步骤依次进行。

进一步，在a步骤中，按配方取胎体粉末原料，然后采用球磨混料机混料，对混好后的胎体粉料干燥密封保存；在b步骤中，按配方取超硬磨料和a步骤混好胎体粉末，按胎体粉末质量总量的1％～2％称取润湿剂，润湿剂采用甘油、石蜡、机油和酒精中的一种或者两种以上混合物，将超硬磨料、胎体粉末和润湿剂混合均匀；在c步骤中，先将模具和钢体齿身装配，然后将经过b步骤的超硬磨料和胎体粉末的混合料装入模具并送入压力机预压，接着通电热压，最后进行保温保压，其中通电热压时压力要达到2～5MPa，烧结温度要达到900～1100℃，保温保压阶段保持压力2～5Mpa和烧结温度900～1100℃的时间为5～10分钟；热压成型后齿头中部形成空缺；在d步骤中，在喷砂机上对热压成型的齿头的外侧面进行喷砂；在e步骤中，将复合片齿尖装配进齿头中部空缺位置，装配间隙为0.01～0.1mm，用液态钎料润湿复合片装配间隙。

进一步，在a步骤中，先将符合配方的胎体粉末原料用手工在器皿中搅拌，然后在用球磨混料机混料；用球磨混料机混料时，依据胎体粉末原料和混料球的总体积为球罐容积的50％～70％选择球磨机，按照胎体粉末原料质量和混料球质量比为1:1～1.5的比例称取球，混料球采用硬质合金球，并选取大小不同的球径混合搭配使用，混料机转速选择为每分钟30～100转，混料时间1～4小时；最后停机，将混合后的胎体粉末和球过筛分开。

进一步，在步骤b中，采用混料机将超硬磨料、胎体粉末和润湿剂混合均匀，具体包括以下步骤：

第一步：将称量好的胎体粉末倒入混料机料筒，摊平，在料中间压出一凹坑；

第二步：把超硬磨料倒入凹坑中，再把润湿剂倒在超硬磨料中，使超硬磨料全部湿润；

第三步：手工反复搅拌超硬材料和胎体粉末，倒出过筛后，再倒回混料机料筒中；

第四步：往混料机料筒内放入长度为200mm左右的钢链3～4根，盖好混料机料筒盖，开机混料，混料时间为30～60分钟，混料机的转速每分钟40～100转；

第五步：停机检测，目测粉料有无色斑、结团，混料是否均匀。

本发明的有益效果是：

采用上述技术方案的孕镶金刚石复合片强耐磨截齿，由于齿头中部焊接了复合片齿尖，提高了截齿的耐磨性、工作效率和使用寿命，齿头与钢体齿身通过粉末冶金的方法，利用热压工艺烧结为一体，代替了常规的将硬质合金直接焊接在钢体齿身的制造方法，发明避免了齿头与钢体齿身折断与脱落现象的发生。本发明提供一种能实现大幅度提高截齿的工作效率和延长使用寿命的孕镶金刚石复合片强耐磨截齿，其制作工艺简单快捷。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过说明书、权利要求书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如附图所示，本发明的孕镶金刚石复合片强耐磨截齿包括钢体齿身3、齿头2和复合片齿尖1。钢体齿身3和齿头2直接通过粉末冶金的方法，采用热压工艺烧结成为一体；复合片齿尖1通过钎焊焊接在齿头2中部；齿头2除了含普通的胎体金属和非金属粉末之外，还添加了超硬磨料金刚石成分，也就是说所述齿头2的原料包括胎体粉末和超硬磨料，所述超硬磨料采用金刚石；所述胎体粉末含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉和碳化钨粉末，所述胎体粉末颗粒直径不大于0.074mm，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉的总重量占胎体粉末总重量的10％～60％，铜粉和锡粉的总重量占胎体粉末总重量的10％～40％，碳化钨粉末重量占胎体粉末总重量的20％～80％；，金刚石颗粒度为0.42mm～0.074mm，金刚石的体积占齿头2体积的比例控制在5％～50％之间。

很明显，还可以采用钴、镍、铁、锰和铬的预合金粉末代替全部或者部分所述钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉；采用铜和锡的预合金粉末代替全部或者部分铜粉和锡粉；采用碳化二钨粉末代替全部或者部分碳化钨粉末。

具体实施时孕镶金刚石复合片强耐磨截齿的制作步骤如下：

①、确定胎体成分和超硬磨料配方

胎体含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉、碳化钨、和碳化二钨，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉、铬粉或他们的预合金粉末质量占10％～60％，铜粉、锡粉或他们的预合金粉末质量占10％～40％，碳化钨、碳化二钨粉末质量占20％～80％，所用胎体粉末颗粒直径为0.074mm以下；超硬磨料为金刚石，金刚石的体积占齿头2体积的比例控制在5％～50％之间，颗粒度为0.42mm～0.074mm。

②、胎体粉末混料

根据配方计算出胎体粉料中每种成分的用量，用药物天平或台称准确称量，放入各自的盛器皿中，复核确认无误后，倒在一起进行混合，再将称量好的混料装入混料设备中进行机械混合，混料设备为球磨混料机，混好后的胎体粉料立即装入干燥器皿内密封保存。

其球磨混料工艺为：

第一步：将准确称量的胎体粉末先用手工在盛器皿中搅拌；

第二步：根据混料总量，依据料和球的总体积为球罐容积的50％～70％选择合适的球磨机；

第三步：根据料重，称取硬质合金球，按球料质量比(1～1.5)：1称取，为使料混得均匀，球径采用大中小搭配；

第四步：按工艺要求，选择好混料机的转速，确定好时间，开机混料，一般转速选择为30～100rpm，混料时间1～4h；

第五步：停机，将料和球用粗筛分开，将料准确称量，估算损耗并复核是否与第一步的量吻合；

③、工作层料的配混工艺

本发明中截齿齿头的工作层是胎体粉末中含有超硬磨料金刚石。按配方要求称取超硬磨料金刚石和胎体粉末，按胎体粉末质量总量的1％～2％称取润湿剂，润湿剂用甘油、石蜡、机油、酒精或它们的混合物，其作用是使普超硬磨料和胎体粉末之间混合均匀，不因两者之间的密度不同产生偏析和浮选；

混制步骤为：

第一步：将称量好的胎体粉末倒入料筒，扒平后用钢勺在料中间压出一凹坑；

第二步：把超硬磨料倒入凹坑中，再把润湿剂倒在超硬磨料金刚石中，使超硬磨料全金刚石部湿润；

第三步：用钢勺将料反复搅拌，倒出过筛后再倒回料筒中，过筛有利于混料更均匀；

第四步：放入长度为200mm左右钢链3～4根，盖好料筒盖，开机混料，一般混料时间为30～60min，混料机的转速40～100rpm；

第五步：停机检测，目测粉料有无色斑、结团、磨料是否均匀等；

④、热压烧结成型

热压烧结的工艺步骤为：石墨模具检查—在模壁上涂脱模剂—装料—垫上绝热隔板—送入压力机预压—通电加热加压—保温保压—卸压—冷却—脱模；采用的保压压力为2～5MPa；烧结温度为900～1100℃，保温保压时间为5～10min；

⑤、喷砂

齿头烧结完成后，对其进行喷砂，喷砂工序在喷砂机上进行。

第一步：喷砂前必须检查设备运行情况工作时，必须戴好防尘口罩和防护眼镜；

第二步：加工小的工件时，一手拿工件一手控制喷枪；加工重的工件时，将其放在旋转工作台上，在其上方来控制喷枪。

⑥、钎焊

钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。间隙一般要求在0.05～0.1毫米之间。用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1、一种孕镶金刚石复合片强耐磨截齿，包括钢体齿身和齿头，其特征在于：还包括复合片齿尖，所述的复合片齿尖通过钎焊焊接在齿头中部；所述的钢体齿身和所述的齿头直接通过粉末冶金的方法，利用热压工艺烧结成为一体；所述齿头的原料包括胎体粉末和超硬磨料；所述胎体粉末含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉和碳化钨粉末，所述胎体粉末颗粒直径不大于0.074mm，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉的总重量占胎体粉末总重量的10％～60％，铜粉和锡粉的总重量占胎体粉末总重量的10％～40％，碳化钨粉末重量占胎体粉末总重量的20％～80％；所述超硬磨料采用金刚石，金刚石颗粒度为0.42mm～0.074mm，金刚石的体积占所述齿头体积的比例为5％～50％。

2、根据权利要求1所述的孕镶金刚石复合片强耐磨截齿，其特征在于：采用钴、镍、铁、锰和铬的预合金粉末代替全部或者部分所述钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉；采用铜和锡的预合金粉末代替全部或者部分铜粉和锡粉；采用碳化二钨粉末代替全部或者部分碳化钨粉末。

3、所述孕镶金刚石复合片强耐磨截齿的制作工艺，其特征在于包括以下步骤：

a、胎体粉末混料

b、工作层料配混

c、热压烧结成型

d、喷砂

e、钎焊

a、b、c、d、e步骤依次进行。

4、根据权利要求3所述的制作孕镶金刚石复合片强耐磨截齿工艺，其特征在于：

在a步骤中，按配方取胎体粉末原料，然后采用球磨混料机混料，对混好后的胎体粉料干燥密封保存；

在b步骤中，按配方取超硬磨料和a步骤混好胎体粉末，按胎体粉末质量总量的1％～2％称取润湿剂，润湿剂采用甘油、石蜡、机油和酒精中的一种或者两种以上混合物，将超硬磨料、胎体粉末和润湿剂混合均匀；

在c步骤中，先将模具和钢体齿身装配，然后将经过b步骤的超硬磨料和胎体粉末的混合料装入模具并送入压力机预压，接着通电热压，最后进行保温保压，其中通电热压时压力要达到2～5MPa，烧结温度要达到900～1100℃，保温保压阶段保持压力2～5Mpa和烧结温度900～1100℃的时间为5～10分钟；热压成型后齿头中部形成空缺；

在d步骤中，在喷砂机上对热压成型的齿头的外侧面进行喷砂；

在e步骤中，将复合片齿尖装配进齿头中部空缺位置，装配间隙为0.01～0.1mm，用液态钎料润湿复合片装配间隙。

5、根据权利要求4所述的孕镶金刚石复合片强耐磨截齿的制作工艺，其特征在于：

在a步骤中，先将符合配方的胎体粉末原料用手工在器皿中搅拌，然后在用球磨混料机混料；用球磨混料机混料时，依据胎体粉末原料和混料球的总体积为球罐容积的50％～70％选择球磨机，按照胎体粉末原料质量和混料球质量比为1：1～1.5的比例称取混料球，混料球采用硬质合金球，并选取大小不同的球径混合搭配使用，混料机转速选择为每分钟30～100转，混料时间1～4小时；最后停机，将混合后的胎体粉末和球过筛分开。

6、根据权利要求4或5所述的孕镶金刚石复合片强耐磨截齿的制作工艺，其特征在于：

在步骤b中，采用混料机将超硬磨料、胎体粉末和润湿剂混合均匀，具体包括以下步骤：

第一步：将称量好的胎体粉末倒入混料机料筒，摊平，在料中间压出一凹坑；

第二步：把超硬磨料倒入凹坑中，再把润湿剂倒在超硬磨料中，使超硬磨料全部湿润；

第三步：手工反复搅拌超硬材料和胎体粉末，倒出过筛后，再倒回混料机料筒中；

第四步：往混料机料筒内放入长度为200mm左右的钢链3～4根，盖好混料机料筒盖，开机混料，混料时间为30～60分钟，混料机的转速每分钟40～100转；

第五步：停机检测，目测粉料有无色斑、结团，混料是否均匀。

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