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采煤机截齿复合渗硼替换焊接硬质合金
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:554

 金属渗硼层具有良好的抗磨性和红硬性,不足之处是脆性较大[2]。一方面是由于金属渗硼层较薄(通常为30~150μm左右),而其线膨胀率与基体差别大,一旦受力、,轻易剥落;另一方面由于金属渗硼层硬度太高(尤其是feb可达2200~2400hv),一旦受到冲击就可能发生崩落。倘若采用深层渗硼且使其锯齿状组织嵌进基体,就可以将其应用于重载采煤机截齿。如此,不但可以改善采煤机的工作条件,而且和截齿焊接硬质合金比较还可以降低生产本钱,进步经济效益。本文试图就该设想的可行性进行研究,以扩大渗硼应用。

1渗硼试验

1.1渗剂的选择

选用固体渗硼法作为采煤机截齿复合渗硼方式。

试验设备:ksy-12-16型箱式电阻炉、xjt-1型金相显微镜。

通过几种渗硼剂、渗硼厚度、金属渗硼层金相结构以及外观形貌的试验比较,我们选择如下渗剂:15�c+10%na2sif6+2%kbf4+73%sic。

1.2材料的选择

采煤机截齿不仅工作环境恶劣,而且还要承受冲击载荷和剪切应力。所以,基材的选择应该既能达到一定的渗层厚度和较好的综协力学性能,又能有较好的强度和韧性。为此,用20钢、45钢、40cr钢、t8钢及t12钢进行比较试验。通过试件的渗硼厚度、渗硼层外观形貌以及基材碳含量对渗硼层性能等多项结果比较[2],最后选择45钢为截齿基体材料。

1.3对渗硼效果的影响

用我们选择的渗剂不仅可以获得较深的渗层,而且渗层的质量也较好,唯一的缺陷是工艺周期太长,约需20h。为此,在渗剂中适量加进了稀土元素,以期缩短渗硼时间、进步基体性能和减少能耗[3]。结果表明,加进10%的稀土元素,可使渗硼速度进步20%~30%。此外,稀土催渗,不仅使渗层化合物深度增加,而且还使扩散层明显加深。

1.4渗硼工艺的正交分析

采煤机截齿工作条件复杂,煤体虽软但其中经常夹着矸石、黄铁矿、石英等硬料。既然要求截齿具有很强的抗冲击和抗磨损能力,就必须对渗硼层厚度提出要求。故此,用正交试验法对渗硼工艺进行了优选。对应的正交设计因素及水平见表1。

表1渗硼正交设计因素表

因素 记号 水平号
1 2 3
b4c a a1=5% a2=10% a3=15%
na2sif6 b b1=5% b2=10% b3=15%
kbf4 c c1=2% c2=4% c3=6%
渗硼温度/℃ d d1=850 d2=950 d3=1050
保温时间/h e e1=8 e2=16 e3=24


注:对于稀土元素,为减少影响因素使分析简单,仅考虑其催渗作用,故在此表中不加以体现;a、b、c分别为渗剂中b4c、na2sif6、kbf4在渗剂中的百分比含量,d为渗硼温度,e为保温时间。

 

通过试验[4],最后得到最佳渗剂配方及工艺条件:

15�c+10%na2sif6+2%kbf4+73%sic;渗硼温度为950℃,保温时间为16h。对应的渗硼层厚度为850μm,其金相组织见图1。


图1截齿复合渗硼后的金相组织

2现场试验

为了检验采用复合渗硼技术处理的采煤机截齿工作效果,经试验室的抗压性能试验、抗扭性能试验、抗冲击性能试验以及抗磨损性能试验后,我们加工了50个截齿(复合渗硼处理),送至河南平顶山煤业团体进行了现场产业性试验,现将有关情况概述如下。

2.1试验方式及条件

将16个渗硼截齿依次安装在mg-150型采煤机滚筒靠煤壁的端头。其中8个截齿按不同的倾角安装。煤层厚度h=1.8m,煤的硬度f=1.5,煤灰粉含量:ad20,夹矸率:1/20,发热量:5300j,采煤机滚筒直径:1.4m,滚筒一次切割深度:0.5m。

2.2截齿磨损情况比较

经过为期10天的现场产业性试验,16个试验截齿总体工作状况良好。图2为试验前(右)后(左)渗硼截齿外观形貌比较;图3为试验前(左)后(右)同机工作的普通截齿外观形貌比较。


图2试验前后渗硼截齿外观形貌比较


图3试验前后同机工作的普通截齿外观形貌比较

从图2、3可以看出,截齿的破坏形式主要还是磨粒磨损。这主要是由于煤的硬度和夹矸率较低所致。

但是,比较试验结果普通截齿明显比渗硼截齿磨损严重。对于普通截齿,尤其是靠近煤壁的截齿,由于齿体材料抗磨损性能相对较低,而且齿面发热加速了齿体磨损,使截齿磨损加剧,硬质合金刀头裸露。而对于渗硼截齿,由于截齿整个齿面均已渗硼(1600~1800hv),抗磨损性能明显增强,延长了截齿的工作寿命。

3结论

经上述分析和试验,采用复合渗硼技术替换采煤机截齿焊接硬质合金工艺,不仅技术上可行,而且经济上也比较公道。经初步测算,复合渗硼处理的截齿较普通截齿可以降低本钱40%,并且渗硼截齿除了可改善截齿工作条件外,还延长寿命2~3倍。此外,采用渗硼截齿,还可以减少更换截齿时间及人工用度,进步生产效率。

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