CN105840192A - 一种一体式高耐磨截齿及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体式高耐磨截齿及其制备方法。所述一体式高耐磨截齿包括齿尖、齿身、齿肩和齿柄；齿尖、齿身、齿肩和齿柄均由钢结硬质合金/不锈钢合金或钢结硬质合金/碳钢合金制成；钢结硬质合金/不锈钢合金指的是钢结硬质合金与不锈钢的复合材料，钢结硬质合金/碳钢合金指的是钢结硬质合金与碳钢的复合材料；由齿尖至所述齿柄，钢结硬质合金/不锈钢合金或钢结硬质合金/碳钢合金中，钢结硬质合金的质量百分含量逐渐降低。本发明通过粉末冶金加压的方法减少了后期机加工的工作量，提高了截齿整体的耐磨性。本发明通过应用硬质合金与钢结硬质合金等耐磨合金、不锈钢和碳钢，降低了生产截齿与采煤、掘进的成本，提高了截齿的耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及一种一体式高耐磨截齿及其制备方法，属于粉末冶金成型与烧结技术领域。
背景技术
截齿作为矿山机械工程的耐磨零件，其主要应用于采煤机与掘进机。截齿是装载在采掘机滚筒上面的一种割煤刀具。它承担着采掘过程中的主要负荷。在开采煤炭的过程中，复杂的环境导致采煤机的截齿磨损极大。实际开采过程中，当截齿刀体磨损到一定程度时，硬质合金刀头受到弯曲应力导致刀体脱落。其表现形式为：刀体上出现梨沟；硬质合金刀头被磨平；硬质合金刀头在焊接位置开裂并脱落；硬质合金刀头破碎。刀头的碎裂是由于石墨杂质导致晶粒分布不均匀，致使在遇到坚硬的煤岩时因为韧性不足而脆裂。刀体脱落是因为铜锌钎料与硬质合金、基体金属的膨胀系数差异很大，在冷却过程中收缩程度不同造成了三者之间的应力，导致焊缝强度下降。
因此开发一种高耐磨、低成本、寿命长的截齿对于煤炭的现代化开采极其重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体式高耐磨截齿及其制备方法，解决了目前截齿使用寿命短的问题从而降低采煤与掘进的成本。
本发明首先提供一种一体式高耐磨截齿，由上至下包括齿尖、齿身、齿肩和齿柄；
所述齿尖、所述齿身、所述齿肩和所述齿柄均由钢结硬质合金/不锈钢合金或钢结硬质合金/碳钢合金制成；所述钢结硬质合金/不锈钢合金指的是钢结硬质合金与不锈钢的复合材料，所述钢结硬质合金/碳钢合金指的是钢结硬质合金与碳钢的复合材料；
由所述齿尖至所述齿柄，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量逐渐降低。
上述的一体式高耐磨截齿中，由所述齿尖至所述齿柄，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量由100％至0％之间变化。
上述的一体式高耐磨截齿中，所述齿尖中，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量可为80％～100％，具体可为1000。
上述的一体式高耐磨截齿中，所述齿身中，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量可为75％～80％，具体可为75％或80％。
上述的一体式高耐磨截齿中，所述齿肩中，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量为40％～45％，具体可为40％或45％。
上述的一体式高耐磨截齿中，所述齿柄中，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量为0％。
上述的一体式高耐磨截齿中，所述碳钢的碳含量为0.2％～5％(wt)。
上述的一体式高耐磨截齿中，所述钢结硬质合金的硬质相可为碳化钛或碳化钨，粘结相可为锰铁，粘结剂可为镍、钼和钴；
所述硬质相的质量百分含量可为15％～85％，具体可为50％～55％、50％或55％；
所述粘结相的质量百分含量可为10％～75％，具体可为43％～46％、43％或46％；
所述粘结剂的质量百分含量可为0.5％～5％，具体可为2％～4％、2％或4％。
本发明一体式高耐磨截齿由粉末冶金的方法制备，因此无需焊接或铸造，其中包括压制或冷等静压等步骤。
由上述技术方案可以看出，制成本发明一体式高耐磨截齿的齿尖、齿身、齿肩和齿柄的原料的成分是梯度分布的，具体是通过粉料的梯度分布实现。
本发明进一步提高了所述一体式高耐磨截齿的制备方法，采用压制的方法制备，包括如下步骤：按照所述一体式高耐磨截齿的所述齿尖、所述齿身、所述齿肩和所述齿柄的原料组成，配置粉料；将所述粉料经压制成型得到生坯；所述生坯经烧结得到毛坯；所述毛坯经机械加工即得到所述一体式高耐磨截齿。
上述的制备方法中，所述压制的压力可为100～3000MPa，具体可为600～800MPa、600MPa或800MPa。
上述的制备方法中，所述烧结可在还原气氛或真空烧结炉中进行；
所述烧结的温度可为1000℃～1500℃。
上述的制备方法中，所述烧结步骤在所述真空烧结炉中进行，按照如下方案控制所述真空烧结炉的升温速率：
以1.5～10℃/min的升温速率升至500℃，以0.8～9℃/min的升温速率升至500℃～1000℃，以1.5～10℃/min的升温速率升至1000℃～1500℃，如：以3℃/min加热到500℃，以2.5℃/min加热到1000℃，以2℃/min加热到1400℃。
通过本发明制备得到的截齿，其外形尺寸与现有的截齿无异，但是提高了整体的耐磨性、延长了使用寿命并降低了生产与应用成本。因此本发明解决了以下技术问题：截齿刀头本身的脆裂、齿尖与齿身之间焊缝处的断裂、齿身与齿肩部分在应用过程中易磨损。
本发明取得了如下有益效果：
1、本发明通过粉末冶金加压的方法减少了后期机加工的工作量，提高了截齿整体的耐磨性。
2、本发明通过整体的成分梯度分布增强了齿尖与齿身部分的耐磨性，克服了传统方法制备的截齿齿身不耐磨以及焊缝处断裂的缺陷。
3、本发明通过应用硬质合金与钢结硬质合金等耐磨合金、不锈钢和碳钢，降低了生产截齿与采煤、掘进的成本，提高了截齿的耐磨性。
附图说明
图1为截齿的结构示意图。
图中各标记如下：
1齿尖、2齿身、3齿肩、4齿柄。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、截齿的制备及性能测试
截齿的结构示意图如图1所示。
各部件的原料组成如下：
齿尖1的原料：钢结硬质合金，其成分(重量百分比)如下：碳化钛：50％，锰铁：46％，镍：1％，钼：2.5％，钴：0.5％；
齿身2的原料：钢结硬质合金与304不锈钢组成的复合材料，其中304不锈钢的质量百分含量为20％；
齿肩3的原料：钢结硬质合金与304不锈钢组成的复合材料，其中钢结硬质合金的质量百分含量为40％；
齿柄4的原料：304不锈钢。
按照下述方法制备一体式高耐磨截齿：
首先按照上述原料组成配置粉料。将粉料送入压机，在800MPa的压力下成型为生坯。生坯在真空烧结炉中以3℃/min加热到500℃；以2.5℃/min加热到1000℃；以2℃/min加热到1400℃生成毛坯。毛坯经过金刚石磨床机加工后达到图纸所需尺寸，再经过砂轮打磨得到重量为630克采煤机截齿。
将10件本实施例制备的截齿与凯南牌截齿(购自凯南麦特有限公司)在北京科技大学进行耐磨性检测，在山东聊城采煤现场试用，取平均值，其齿尖与齿肩/齿身部分性能与使用寿命对比如表1中所示。
各指标的测定方法如下：
硬度采用五点法测试。
冲击韧性采用V型缺口冲击试验测试。
表1本发明截齿与现有截齿的性能和使用寿命对比
由表1中的数据可以看出，在硬度、耐磨性指标上，本发明截齿均显著优于现有产品。
实施例2、截齿的制备及性能测试
截齿的结构示意图如图1所示。
各部件的原料组成如下：
齿尖1的原料：钢结硬质合金，其成分(重量百分比)如下：碳化钛：55％，锰铁：43％，镍：0.5％，钼：0.5％，钴：1％；
齿身2的原料：钢结硬质合金与304不锈钢组成的复合材料，其中304不锈钢的质量百分含量为25％；
齿肩3的原料：钢结硬质合金与304不锈钢组成的复合材料，其中钢结硬质合金的质量百分含量为45％；
齿柄4的原料：中碳钢。
按照下述方法制备一体式高耐磨截齿：
首先按照上述原料组成配置粉料。将粉料送入压机，在600MPa的压力下成型为生坯。生坯在真空烧结炉中以3℃/min加热到500℃；以2.5℃/min加热到1000℃；以2℃/min加热到1400℃生成毛坯。毛坯经过金刚石磨床机加工后达到图纸所需尺寸，再经过砂轮打磨得到重量为630克采煤机截齿。
将10件本实施例制备的截齿与凯南牌截齿(购自凯南麦特有限公司)在北京科技大学进行耐磨性检测，在山东聊城采煤现场试用，取平均值，其齿尖与齿肩/齿身部分性能与使用寿命对比如表2中所示。
各指标的测定方法如下：
硬度采用五点法测试。
冲击韧性采用V型缺口冲击试验测试。
表2本发明截齿与现有截齿的性能和使用寿命对比
由表2中的数据可以看出，本发明截齿专利无论是从硬度、耐磨性上都显著高于现有产品。
由上述各实施例可以看出，本发明方法制备的截齿，其中的齿尖与齿身通过粉末冶金的方式紧密结合，有效防止了齿尖与齿身之间的脆裂。相较于传统工艺生产的截齿，本发明通过钢结硬质合金与不锈钢的应用提高了截齿整体的耐磨性，降低了截齿的生产成本同时延长了其使用寿命。
Claims (10)
1.一种一体式高耐磨截齿，包括齿尖、齿身、齿肩和齿柄；其特征在于：
所述齿尖、所述齿身、所述齿肩和所述齿柄均由钢结硬质合金/不锈钢合金或钢结硬质合金/碳钢合金制成；所述钢结硬质合金/不锈钢合金指的是钢结硬质合金与不锈钢的复合材料，所述钢结硬质合金/碳钢合金指的是钢结硬质合金与碳钢的复合材料；
由所述齿尖至所述齿柄，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量逐渐降低。
2.根据权利要求1所述的一体式高耐磨截齿，其特征在于：由所述齿尖至所述齿柄，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量由100％至0％之间变化。
3.根据权利要求1或2所述的一体式高耐磨截齿，其特征在于：所述齿尖中，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量为80％～100％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一体式高耐磨截齿，其特征在于：所述齿身中，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量为75％～80％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一体式高耐磨截齿，其特征在于：所述齿肩中，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量为40％～45％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一体式高耐磨截齿，其特征在于：所述齿柄中，所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中，所述钢结硬质合金的质量百分含量为0％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一体式高耐磨截齿，其特征在于：所述钢结硬质合金的硬质相为碳化钛或碳化钨，粘结相为锰铁，粘结剂为镍、钼和钴；
所述硬质相的质量百分含量为15％～85％；
所述粘结相的质量百分含量为10％～75％；
所述粘结剂的质量百分含量为0.5％～5％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一体式高耐磨截齿，其特征在于：所述一体式高耐磨截齿由粉末冶金的方法制备。
9.权利要求1-8中任一项所述一体式高耐磨截齿的制备方法，包括压制或冷等静压的步骤；
所述压制包括如下步骤：按照所述一体式高耐磨截齿的所述齿尖、所述齿身、所述齿肩和所述齿柄的原料组成，配置粉料；将所述粉料经压制成型得到生坯；所述生坯经烧结得到毛坯；所述毛坯经机械加工即得到所述一体式高耐磨截齿。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述压制的压力为100～3000MPa；
所述烧结在还原气氛或真空烧结炉中进行；
所述烧结的温度为1000℃～1500℃；
所述烧结步骤在所述真空烧结炉中进行，按照如下方案控制所述真空烧结炉的升温速率：
以1.5～10℃/min的升温速率升至500℃，以0.8～9℃/min的升温速率升至500℃～1000℃，以1.5～10℃/min的升温速率升至1000℃～1500℃。
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2016
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