CN109988993A - 一种高耐磨高强度截齿及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高耐磨高强度截齿及其制备方法，涉及截齿加工技术领域。所述高耐磨高强度截齿包括截齿本体和高硬度金属耐磨层，所述截齿本体由以下重量份物质组成：42CrMo：25‑30份、9crsi：3‑5份、SKD11：2‑5份；所述高硬度金属耐磨层由以下重量份的原料制成：三氧化二铁4‑8份、氮化硅8‑10份、碳化钨1‑3份、硫化锰2‑4份、三氧化二铝1‑3份、二硼化钛2‑3份、碳化硼1‑2份、碳化铬0.5‑0.8份、钇0.2‑0.4份、钆0.1‑0.3份。本发明克服了现有技术的不足，提高了截齿整体的韧性和强度，并且通过在截齿头部熔覆一层高硬度金属耐磨层有效提升产品的耐磨性能，减少产品使用过程中的损坏率，延长使用寿命，适合推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及截齿加工技术领域，具体涉及一种高耐磨高强度截齿及其制备方法。
背景技术
随着煤矿生产机械化程度的提高，综采设备截割刀具的选择和使用显得尤为重要，截齿是综采机组上直接切割煤岩的关键零部件，其服役条件恶劣，工作时直接与煤层接触，不仅要能有效破碎煤和软岩，而且还要在中等硬度的半煤岩中进行掘进，因而磨损严重。在生产过程中，大量的截齿消耗不仅增加了开采成本，而且降低生产效率。
目前，采煤机使用的采煤截齿的基体均为表面硬度低于HRC65的纯钢体，采煤截齿头为硬质合金材质。在使用的过程中，此种采煤截齿普遍存在侧面的基体不耐磨、不抗冲击，焊接采煤截齿头易脱离，从而缩短了采煤截齿整体的使用寿命，采煤截齿使用时间短，维修更换次数频繁，劳动效率低，劳动强度高及采煤成本高，其次截齿是直接截割煤和岩石的，它受到煤和岩石的磨粒磨损和冲击，且截齿的失效形式分别为：截齿齿头磨损后硬质合金齿尖脱落、齿尖破碎、齿体弯曲或折断，其中截齿齿头磨损造成齿尖脱落失效约占所有失效形式的85％。所以现阶段研究一种先进工艺有效提升截齿强度和截齿头部耐磨性能是具有重要意义的。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种高耐磨高强度截齿及其制备方法，提高了截齿整体的韧性和强度，并且通过在截齿头部熔覆一层高硬度金属耐磨层有效提升产品的耐磨性能，减少产品使用过程中的损坏率，延长使用寿命，适合推广使用。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：
一种高耐磨高强度截齿，所述高耐磨高强度截齿包括截齿本体和高硬度金属耐磨层，所述截齿本体由以下重量份物质组成：42CrMo：25-30份、9crsi：3-5份、SKD11：2-5份；所述高硬度金属耐磨层由以下重量份的原料制成：三氧化二铁4-8份、氮化硅8-10份、碳化钨1-3份、硫化锰2-4份、三氧化二铝1-3份、二硼化钛2-3份、碳化硼1-2份、碳化铬0.5-0.8份、钇0.2-0.4份、钆0.1-0.3份。
所述高耐磨高强度截齿的制备工艺包括以下步骤：
(1)将42CrMo、9crsi和SKD11混合后高温熔炼得混合金属，再将混合金属进行锻压成型，得截齿粗体备用；
(2)将上述截齿粗体置于渗碳炉中，采用滴注式气体渗碳工艺进行渗碳，渗碳结束后缓慢降至室温后取出截齿粗体，表面清洗干净后备用；
(3)将上述渗碳后的截齿粗体置于渗透箱中，加入混合均匀的渗硼剂、钨粉和铬粉，密封进行渗透保温，后取出截齿粗体并将表面清洗干燥得截齿本体备用；
(4)将上述截齿本体进行二次煅烧至表面变色后缓慢退火后保温一段时间后继续退火，得预处理截齿本体备用；
(5)将三氧化二铁、氮化硅、碳化钨、硫化锰、三氧化二铝、二硼化钛、碳化硼、碳化铬、钇、钆混合高温预处理后进行研磨粉碎，得混合金属粉备用；
(6)将上述混合金属粉置于送粉装置中，采用激光熔覆将混合金属粉熔覆于截齿本体头部，形成高硬度金属耐磨层，即得到本发明高耐磨高强度截齿。
优选的，所述步骤(1)中高温熔炼温度为1800-1900℃，熔炼时间为1-2h。
优选的，所述步骤(2)中渗碳温度为850℃，渗碳保温的时间为8-10h，缓慢降温的速度为5-10℃/min，且降温至200℃以下后采用室温降温。
优选的，所述步骤(3)中渗硼剂、钨粉和铬粉的质量比为40-45∶1-2∶8-11，且渗透的温度为900℃，渗透时间为8-10h，后降温至400-500℃继续保温3-5h。
优选的，所述步骤(4)中二次煅烧的温度为1200-1400℃，缓慢退火的速度为5℃/min，退火至600℃-650℃保温2-3h后以15-20℃/min的降温速度退火至常温。
优选的，所述步骤(5)中混合高温预处理的温度为400-500℃，处理时间为60-80min，且研磨的混合金属粉为120-180目。
优选的，所述步骤(6)中采用的激光熔覆为CO2横流激光器，功率为5000W，且熔覆的高硬度金属耐磨层的厚度为0.5-0.8mm。
本发明提供一种高耐磨高强度截齿及其制备方法，与现有技术相比优点在于：
(1)本发明采用42CrMo、9crsi、SKD11混合熔炼锻造制成截齿粗体，综合提升产品的强度和耐磨性能，并且通过渗碳、渗硼处理，降低产品的脆性，提升抗冲击性能，增强产品的耐久性，并且渗透后控制降温速度，降低产品内应力，综合提升产品的性能，增强产品的经济效益。
(2)本发明使用氮化硅、碳化钨、硫化锰等多种金属和耐磨陶瓷成分并且添加稀土元素混合制备截齿头部的耐磨层，有效保证截齿头部的耐磨性能和耐腐蚀性能，有效延长产品的使用寿命，提升产品的耐久度，使产品容易推广，具有较高的经济价值。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种高耐磨高强度截齿，所述高耐磨高强度截齿包括截齿本体和高硬度金属耐磨层，所述截齿本体由以下重量份物质组成：42CrMo：25份、9crsi：3份、SKD11：2份；所述高硬度金属耐磨层由以下重量份的原料制成：三氧化二铁4份、氮化硅8份、碳化钨1份、硫化锰2份、三氧化二铝1份、二硼化钛2份、碳化硼1份、碳化铬0.5份、钇0.2份、钆0.1份。
所述高耐磨高强度截齿的制备工艺包括以下步骤：
(1)将42CrMo、9crsi和SKD11混合后高温熔炼得混合金属，再将混合金属进行锻压成型，得截齿粗体备用；
(2)将上述截齿粗体置于渗碳炉中，采用滴注式气体渗碳工艺进行渗碳，渗碳结束后缓慢降至室温后取出截齿粗体，表面清洗干净后备用；
(3)将上述渗碳后的截齿粗体置于渗透箱中，加入混合均匀的渗硼剂、钨粉和铬粉，密封进行渗透保温，后取出截齿粗体并将表面清洗干燥得截齿本体备用；
(4)将上述截齿本体进行二次煅烧至表面变色后缓慢退火后保温一段时间后继续退火，得预处理截齿本体备用；
(5)将三氧化二铁、氮化硅、碳化钨、硫化锰、三氧化二铝、二硼化钛、碳化硼、碳化铬、钇、钆混合高温预处理后进行研磨粉碎，得混合金属粉备用；
(6)将上述混合金属粉置于送粉装置中，采用激光熔覆将混合金属粉熔覆于截齿本体头部，形成高硬度金属耐磨层，即得到本发明高耐磨高强度截齿。
其中，所述步骤(1)中高温熔炼温度为1800-1900℃，熔炼时间为1-2h；所述步骤(2)中渗碳温度为850℃，渗碳保温的时间为8-10h，缓慢降温的速度为5-10℃/min，且降温至200℃以下后采用室温降温；所述步骤(3)中渗硼剂、钨粉和铬粉的质量比为40-45∶1-2∶8-11，且渗透的温度为900℃，渗透时间为8-10h，后降温至400-500℃继续保温3-5h；所述步骤(4)中二次煅烧的温度为1200-1400℃，缓慢退火的速度为5℃/min，退火至600℃-650℃保温2-3h后以15-20℃/min的降温速度退火至常温；所述步骤(5)中混合高温预处理的温度为400-500℃，处理时间为60-80min，且研磨的混合金属粉为120-180目；所述步骤(6)中采用的激光熔覆为CO2横流激光器，功率为5000W，且熔覆的高硬度金属耐磨层的厚度为0.5-0.8mm。
实施例2：
一种高耐磨高强度截齿，所述高耐磨高强度截齿包括截齿本体和高硬度金属耐磨层，所述截齿本体由以下重量份物质组成：42CrMo：30份、9crsi：5份、SKD11：5份；所述高硬度金属耐磨层由以下重量份的原料制成：三氧化二铁8份、氮化硅10份、碳化钨3份、硫化锰4份、三氧化二铝3份、二硼化钛3份、碳化硼2份、碳化铬0.8份、钇0.4份、钆0.3份。
所述高耐磨高强度截齿的制备工艺包括以下步骤：
(1)将42CrMo、9crsi和SKD11混合后高温熔炼得混合金属，再将混合金属进行锻压成型，得截齿粗体备用；
(2)将上述截齿粗体置于渗碳炉中，采用滴注式气体渗碳工艺进行渗碳，渗碳结束后缓慢降至室温后取出截齿粗体，表面清洗干净后备用；
(3)将上述渗碳后的截齿粗体置于渗透箱中，加入混合均匀的渗硼剂、钨粉和铬粉，密封进行渗透保温，后取出截齿粗体并将表面清洗干燥得截齿本体备用；
(4)将上述截齿本体进行二次煅烧至表面变色后缓慢退火后保温一段时间后继续退火，得预处理截齿本体备用；
(5)将三氧化二铁、氮化硅、碳化钨、硫化锰、三氧化二铝、二硼化钛、碳化硼、碳化铬、钇、钆混合高温预处理后进行研磨粉碎，得混合金属粉备用；
(6)将上述混合金属粉置于送粉装置中，采用激光熔覆将混合金属粉熔覆于截齿本体头部，形成高硬度金属耐磨层，即得到本发明高耐磨高强度截齿。
其中，所述步骤(1)中高温熔炼温度为1800-1900℃，熔炼时间为1-2h；所述步骤(2)中渗碳温度为850℃，渗碳保温的时间为8-10h，缓慢降温的速度为5-10℃/min，且降温至200℃以下后采用室温降温；所述步骤(3)中渗硼剂、钨粉和铬粉的质量比为40-45∶1-2∶8-11，且渗透的温度为900℃，渗透时间为8-10h，后降温至400-500℃继续保温3-5h；所述步骤(4)中二次煅烧的温度为1200-1400℃，缓慢退火的速度为5℃/min，退火至600℃-650℃保温2-3h后以15-20℃/min的降温速度退火至常温；所述步骤(5)中混合高温预处理的温度为400-500℃，处理时间为60-80min，且研磨的混合金属粉为120-180目；所述步骤(6)中采用的激光熔覆为CO2横流激光器，功率为5000W，且熔覆的高硬度金属耐磨层的厚度为0.5-0.8mm。
实施例3：
一种高耐磨高强度截齿，所述高耐磨高强度截齿包括截齿本体和高硬度金属耐磨层，所述截齿本体由以下重量份物质组成：42CrMo：28份、9crsi：4份、SKD11：3.5份；所述高硬度金属耐磨层由以下重量份的原料制成：三氧化二铁6份、氮化硅9份、碳化钨2份、硫化锰3份、三氧化二铝2份、二硼化钛2.5份、碳化硼1.5份、碳化铬0.7份、钇0.3份、钆0.2份。
所述高耐磨高强度截齿的制备工艺包括以下步骤：
(1)将42CrMo、9crsi和SKD11混合后高温熔炼得混合金属，再将混合金属进行锻压成型，得截齿粗体备用；
(2)将上述截齿粗体置于渗碳炉中，采用滴注式气体渗碳工艺进行渗碳，渗碳结束后缓慢降至室温后取出截齿粗体，表面清洗干净后备用；
(3)将上述渗碳后的截齿粗体置于渗透箱中，加入混合均匀的渗硼剂、钨粉和铬粉，密封进行渗透保温，后取出截齿粗体并将表面清洗干燥得截齿本体备用；
(4)将上述截齿本体进行二次煅烧至表面变色后缓慢退火后保温一段时间后继续退火，得预处理截齿本体备用；
(5)将三氧化二铁、氮化硅、碳化钨、硫化锰、三氧化二铝、二硼化钛、碳化硼、碳化铬、钇、钆混合高温预处理后进行研磨粉碎，得混合金属粉备用；
(6)将上述混合金属粉置于送粉装置中，采用激光熔覆将混合金属粉熔覆于截齿本体头部，形成高硬度金属耐磨层，即得到本发明高耐磨高强度截齿。
其中，所述步骤(1)中高温熔炼温度为1800-1900℃，熔炼时间为1-2h；所述步骤(2)中渗碳温度为850℃，渗碳保温的时间为8-10h，缓慢降温的速度为5-10℃/min，且降温至200℃以下后采用室温降温；所述步骤(3)中渗硼剂、钨粉和铬粉的质量比为40-45∶1-2∶8-11，且渗透的温度为900℃，渗透时间为8-10h，后降温至400-500℃继续保温3-5h；所述步骤(4)中二次煅烧的温度为1200-1400℃，缓慢退火的速度为5℃/min，退火至600℃-650℃保温2-3h后以15-20℃/min的降温速度退火至常温；所述步骤(5)中混合高温预处理的温度为400-500℃，处理时间为60-80min，且研磨的混合金属粉为120-180目；所述步骤(6)中采用的激光熔覆为CO2横流激光器，功率为5000W，且熔覆的高硬度金属耐磨层的厚度为0.5-0.8mm。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种高耐磨高强度截齿，所述高耐磨高强度截齿包括截齿本体和高硬度金属耐磨层，其特征在于，所述截齿本体由以下重量份物质组成：42CrMo：25-30份、9crsi：3-5份、SKD11：2-5份；所述高硬度金属耐磨层由以下重量份的原料制成：三氧化二铁4-8份、氮化硅8-10份、碳化钨1-3份、硫化锰2-4份、三氧化二铝1-3份、二硼化钛2-3份、碳化硼1-2份、碳化铬0.5-0.8份、钇0.2-0.4份、钆0.1-0.3份。
2.一种高耐磨高强度截齿的制备工艺，其特征在于，所述高耐磨高强度截齿的制备工艺包括以下步骤：
(1)将42CrMo、9crsi和SKD11混合后高温熔炼得混合金属，再将混合金属进行锻压成型，得截齿粗体备用；
(2)将上述截齿粗体置于渗碳炉中，采用滴注式气体渗碳工艺进行渗碳，渗碳结束后缓慢降至室温后取出截齿粗体，表面清洗干净后备用；
(3)将上述渗碳后的截齿粗体置于渗透箱中，加入混合均匀的渗硼剂、钨粉和铬粉，密封进行渗透保温，后取出截齿粗体并将表面清洗干燥得截齿本体备用；
(4)将上述截齿本体进行二次煅烧至表面变色后缓慢退火后保温一段时间后继续退火，得预处理截齿本体备用；
(5)将三氧化二铁、氮化硅、碳化钨、硫化锰、三氧化二铝、二硼化钛、碳化硼、碳化铬、钇、钆混合高温预处理后进行研磨粉碎，得混合金属粉备用；
(6)将上述混合金属粉置于送粉装置中，采用激光熔覆将混合金属粉熔覆于截齿本体头部，形成高硬度金属耐磨层，即得到本发明高耐磨高强度截齿。
3.根据权利要求2所述的一种高耐磨高强度截齿的制备工艺，其特征在于：所述步骤(1)中高温熔炼温度为1800-1900℃，熔炼时间为1-2h。
4.根据权利要求2所述的一种高耐磨高强度截齿的制备工艺，其特征在于：所述步骤(2)中渗碳温度为850℃，渗碳保温的时间为8-10h，缓慢降温的速度为5-10℃/min，且降温至200℃以下后采用室温降温。
5.根据权利要求2所述的一种高耐磨高强度截齿的制备工艺，其特征在于：所述步骤(3)中渗硼剂、钨粉和铬粉的质量比为40-45∶1-2∶8-11，且渗透的温度为900℃，渗透时间为8-10h，后降温至400-500℃继续保温3-5h。
6.根据权利要求2所述的一种高耐磨高强度截齿的制备工艺，其特征在于：所述步骤(4)中二次煅烧的温度为1200-1400℃，缓慢退火的速度为5℃/min，退火至600℃-650℃保温2-3h后以15-20℃/min的降温速度退火至常温。
7.根据权利要求2所述的一种高耐磨高强度截齿的制备工艺，其特征在于：所述步骤(5)中混合高温预处理的温度为400-500℃，处理时间为60-80min，且研磨的混合金属粉为120-180目。
8.根据权利要求2所述的一种高耐磨高强度截齿的制备工艺，其特征在于：所述步骤(6)中采用的激光熔覆为CO2横流激光器，功率为5000W，且熔覆的高硬度金属耐磨层的厚度为0.5-0.8mm。
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