等离子束表面冶金强化截齿研究

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1、等离子束表面冶金强化截齿研究陈颢12。羊建高让(1．江西理工大学材料与化学工程学院，赣州341000；2．章源钨业股份有限公司。江西赣州341000)摘要：粟用等离子束表面冶金技术．在采煤机截齿磨损严重的部位处制备了与基材呈冶金结合的铁基复合涂屡。利用光学显微镜、扫描电镜、X衍射仪和显微硬度计等手段分析了冶金涂层组织，测试了涂层的显微硬度和磨损性能。结果表明：涂层主要由．y一(Fe，Ni)和(Cr,Fe)7(C，B)3相组成，在固溶强化、弥散强化争细晶体强化共同作用下，冶金涂层的具有较高的显微硬度和较好的耐磨性能。关键词：等离子束表面冶金；截齿；强化；耐磨我国煤资源相对丰富，是

2、世界上少数几个以煤为主要能源的国家，含煤面积55万平方公里。资源总量55965．63亿吨。目前，煤炭仍然是我国能源的主体。随着社会经济持续快速发展。对煤炭的需求量越来越大。随着能源需求的迅速增加。对煤炭采掘设备的可靠性与寿命提出了更高要求。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性零件。其服役条件恶劣，工作时直接与煤层相接触。不仅要能有效的破碎煤和软岩，而且还要在中等硬度的半煤岩中进行掘进，所以磨损严重。在生产的过程大量的截齿消耗不仅增加了截齿的时间增加而降低生产效率。由于国产的截齿寿吨煤成本、影响生产的经济效益

3、。而且还会因为更换命短，仅是国外优质截齿寿命的l／3，虽然不少学者曾进行研究，为提高其性能质量对其关键部位采用铸造和喷涂等手段来进行表面嬲皴黢骏鞘，206强化，但还没有从根本上得到解决【l捌。1截齿失效分析在螺旋滚筒式采煤机中．螺旋滚筒是采煤机破碎煤岩的工作机构。截齿是螺旋滚筒的关键部件，截齿的磨损形式及使用寿命直接影响到螺旋滚筒采煤机的功率消耗和割煤效率。采煤机不仅要有效地破碎煤和软岩，还要在中等硬度的半煤岩中进行掘进。截齿在切割煤岩时，因煤岩的反作用力，使截齿承受着很大的截割阻力和冲击负荷。截齿一般分两大类：刀型截齿(又称为径向截齿)与镐型截齿(又称为切向截齿)。其中镐形截

4、齿结构简单，能点击刨煤，吃刀深度大，在工作中能自动磨锐而经常保持齿头锋利。采煤机负荷较平稳，因而较刀形截齿能耗少、寿命长．且煤尘量小、块煤量大，适于在硬煤中使用。在螺旋滚筒采煤机时．螺旋滚筒上的截齿运动是螺旋滚筒的转动和截割臂水平摆动的复合运动。截齿的运动轨迹为平面摆线，镐型截齿的工作部分为一圆锥体，工作时如同镐尖楔入煤岩体。在镐形截齿尖楔人煤岩体的一瞬间。齿尖锥体表面对煤岩体的压力超过煤岩体的抗压强度，使煤岩粉碎，随着镐形截齿的楔进，使得煤岩体内的张力越来越大，直到镐形截齿周围的扇形体从煤岩体上碎落下来。截齿在截割煤岩时承受高的压应力、剪切应力和冲击负荷。煤的硬度虽不很高，但

5、其中经常会遇到煤矸石等硬的矿料，并且在采煤和凿岩过程中，截齿温度会急剧升高，导致齿顶材质软化，加速了截齿的失效过程。截齿在工作过程中，磨粒(煤矸石等)与截齿表面问产生较大的压应力．带有锐利棱角并具有合适迎角的磨粒能切削截齿表面形成显微切削。如果磨粒不够尖锐或刺入截齿表面角度不适当。则在截齿表面挤出犁沟。随着截齿工作时间的延长，磨粒反复对截齿表面推挤，产生严重的塑性变形流动．使得表面下层塑性发生相互作用。导致塑变区内位错密度增加，变形材料表面产生裂纹，裂纹扩展，截齿表面形成薄片状磨屑。而且，煤层中存在腐蚀性介质与截齿表面发生化学反应而造成表面材料腐蚀，机械性能下降，并使表层金属与

6、基体材料结合力降低。加快了截齿材料表层的磨损。另外，截齿在截割煤岩时，承受高的间歇式的冲击载荷，在冲击载荷的作用下，截齿表面上较硬的微凸点将变形，反复挤压导致附近软表面产生塑性流动并在截齿亚表面层形成积累，反复的弹塑变形，又使位错集中，继而在表层出现横向微裂纹。磨损后的截齿，切削部分的面积增大，使截割阻力增加，截齿强度降低。当截齿齿头磨损到一定程度后，硬质合金齿尖将脱落。脱落硬质合金齿尖后的截齿已经完全失效。围1截齿磨损失效前、后形貌大量的统计分析结果表明。截齿的失效形式依重轻程度的次序分别为：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

7、落失效的约占85％。所以，为了提高截齿的使用寿命，首先要保证截齿齿头表面有足够的耐磨、耐蚀、抗冲击性能，同时增加截齿齿体的强韧性，才能有效地延长截齿的使用寿命。2试验材料和方法等离子束表面冶金技术是新近发展的、具有较大发展潜力的表面改性技术，它除了可以直接获得快速凝固组织特征和特殊物理化学及力学性能的表面材料外。还可以很灵活方便地向熔池中加入合金元素而改变熔化层材料的化学成分、组织与性能或直接熔化同步输入或预置于工件表面的完全不同于基材的合金粉末，从而获得成分、组织及性能完全不同于基材的表面