1.抗沖擊、不易磨損、無(wú)裂紋的硬質(zhì)合金刀頭研制

在硬質(zhì)合金研究方面,與株洲硬質(zhì)合金廠合作,對(duì)硬質(zhì)合金進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)g內(nèi)外硬質(zhì)合金刀頭的解剖分析,得出g外合金與g產(chǎn)合金的3項(xiàng)性能(磁力、比重、硬度)基本接近。在合金的顯微結(jié)構(gòu)上,也很難看出兩者有很大差距。但是g外刀頭的耐沖擊性和不易磨損性比較明顯地優(yōu)于g產(chǎn)刀頭合金,主要是由于g產(chǎn)刀頭合金原料純度低,粉末成型工藝落后造成的。為此,對(duì)硬質(zhì)合金新材質(zhì)新工藝進(jìn)行了研究。研制的截齒刀頭選用了優(yōu)異原料,改進(jìn)成型工藝和合金制取工藝(高純鎢粉、高溫還原、高溫碳化)等3條技術(shù)措施,提高了截齒刀頭的壽命。研制的合金具有高韌性、高不易磨損性和高沖擊性。

2.不易磨損層的堆焊

為了解決截齒在采煤過(guò)程中的快速磨損失效問(wèn)題，采用堆焊方式（或其他冶金方式）在截齒錐頂（硬質(zhì)合金刀頭）以下齒體部位，沿圓周方向堆焊一個(gè)寬度約20-30mm、厚度2-3mm的環(huán)形帶。此環(huán)形帶即稱(chēng)之為不易磨損堆焊層。常用的不易磨損堆焊材料為馬氏體堆焊合金（Ｄ３１７，Ｄ３２７，ＤＧ７等）、高鉻Fe-Cr-C合金系（Ｄ６８８，Ｄ６３８等）、碳化鎢、碳化鈮（北京固本牌KB515）等。從機(jī)理上講，截齒不易磨損堆焊層的作用是：1、彌補(bǔ)或改變因硬質(zhì)合金刀頭釬焊工藝在齒體圓周形成的性能劣化現(xiàn)象（指先熱處理后釬焊工藝生產(chǎn)的截齒）。2、進(jìn)一步優(yōu)化或強(qiáng)化刀頭部分使用性能。當(dāng)然，采用先釬焊刀頭后整體熱處理截齒的制造工藝時(shí)，后者的作用更為突出。然而，實(shí)際情況并不簡(jiǎn)單，截齒不易磨損堆焊層的出現(xiàn)和使用，將截齒刀頭與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用，轉(zhuǎn)換為或部分轉(zhuǎn)換為堆焊層與被切割煤巖之間的磨擦、沖擊等作用。它們之間的磨擦磨損、沖擊損傷等，不僅取決于兩個(gè)接觸體材料的特性及其匹配行為，同時(shí)還受到采煤過(guò)程中諸多因素的影響。

3.刀體材質(zhì)的研究

目前g內(nèi)掘進(jìn)機(jī)截齒刀體的材料多為合金結(jié)構(gòu)鋼35CrMnSiA ,這種材料在淬火低溫回火或等溫淬火后,有較高的綜合機(jī)械性能,但該材料橫向性能比縱向性能差,有明顯的回火脆性等缺陷。為此,進(jìn)行了用42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼作為截齒體材料的研究。42CrMo同樣屬于中淬透合金鋼,該鋼無(wú)回火脆性,調(diào)質(zhì)后有較高的疲勞到某些程度和抗多次沖擊能力,與35CrMnSiA合金鋼相比,更適合截齒的受力特性,試驗(yàn)結(jié)果表明,該鋼制作的齒體頭部的抗裂性能和沖擊韌性要比35CrMnSiA鋼種好。因此,42CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼比35CrMnSiA合金結(jié)構(gòu)鋼更適宜作截齒材料。

4.焊縫間隙的研究

截齒釬焊焊縫間隙的大小是影響焊縫致密性和焊縫強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。間隙太小,妨礙釬焊料流入;間隙過(guò)大,破壞釬焊縫的毛細(xì)管作用,使釬料不能填滿焊縫間隙。截齒的釬焊,是鋼與硬質(zhì)合金的異種材料焊接,考慮硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)是鋼的1Π2～1Π3,因此釬焊縫間隙應(yīng)比鋼對(duì)鋼焊接時(shí)稍小。通過(guò)對(duì)幾組不同間隙焊縫的試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明截齒焊縫間隙一般為0. 08～0. 15 mm為宜,另外Z好采用帶錐面的合金頭和帶錐面的截齒體孔,以盡量保證硬質(zhì)合金刀頭周?chē)缚p間隙均勻一致。

5.釬焊及熱處理工藝

釬焊及熱處理工藝研究截齒的釬焊及熱處理工藝是保證強(qiáng)力截齒質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前g內(nèi)截齒的生產(chǎn)工藝一般為以下2種:

(1)截齒體加工成形→釬焊硬質(zhì)合金頭→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→回火。

(2)截齒體加工成形→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→清洗→釬焊硬質(zhì)合金頭→回火。

第1種生產(chǎn)工藝,釬焊硬質(zhì)合金頭后鹽爐加熱再硝鹽等溫淬火。截齒體的硬度得到了保證,但硬質(zhì)合金頭在釬焊和硝鹽等溫淬火這一過(guò)程中,都經(jīng)過(guò)了2次加熱,從而使硬質(zhì)合金頭脆化,使截齒在使用過(guò)程中因硬質(zhì)合金頭崩裂和硬質(zhì)合金頭與截齒體焊接的開(kāi)裂而大大縮短截齒的使用壽命。第2種生產(chǎn)工藝,硝鹽等溫淬火后釬焊硬質(zhì)合金頭,雖然焊縫的質(zhì)量和硬質(zhì)合金頭的質(zhì)量得到了保證,但截齒體頭部的硬度卻下降了,導(dǎo)致截齒體頭部不易磨損性大大降低,使得截齒在使用過(guò)程中硬質(zhì)合金頭過(guò)早脫落,同樣也縮短了截齒的使用壽命。為此,采用截齒真空爐釬焊與熱處理同時(shí)一次加熱,使釬焊好的截齒Z接進(jìn)行淬火的工藝。該工藝具有以下顯著特點(diǎn):

(1)采用真空爐加熱釬焊,避免了釬焊過(guò)程中釬焊表面與空氣接觸產(chǎn)生氧化,可使熔化的液態(tài)釬料與釬焊表面Z接接觸,產(chǎn)生濕潤(rùn)的填縫,以獲得優(yōu)異的釬焊質(zhì)量。

(2)使釬焊好的截齒不經(jīng)空冷Z接淬火,避免了二次加熱問(wèn)題,又提高了齒體的綜合機(jī)械性能。截齒的真空釬焊工藝流程為:清洗截齒體待焊部分、釬料和硬質(zhì)合金刀頭→烘干→裝填焊料、硬質(zhì)合金刀頭→將截齒裝入夾具內(nèi)→入爐加熱→冷卻。

通過(guò)上述技術(shù)措施研制的礦用截齒在礦井下工業(yè)性試驗(yàn)中取得了好的效果。試驗(yàn)期間共掘進(jìn)進(jìn)尺792m,掘進(jìn)斷面13m2,其中巖巷進(jìn)尺45m,半煤巖巷進(jìn)尺40m,巖石硬度f(wàn)=6～8的條件下,截齒共消耗5把,折合0. 0006把Πm3(實(shí)體)。截齒消耗低于原所用截齒的指標(biāo),其抗磨損性能和抗沖擊性能有了較大的提高。研究成果表明,我g截齒研究制造水平上了一個(gè)新臺(tái)階,g產(chǎn)截齒的質(zhì)量基本能達(dá)到進(jìn)口截齒的質(zhì)量水平,甚至可以完全替代進(jìn)口截齒。