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采煤機截齒復合滲硼替代焊接硬質合金

發布時間:2023-07-20 15:06:43 熱度:405 標簽:采煤機截齒
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金屬滲硼層具有良好的抗磨性和紅硬性,不足之處是脆性較大[2]。一方面是因為金屬滲硼層較薄(通常為30~150μm左右),而其線膨脹率與基體差別大,一旦受力、受熱,輕易剝落;另一方面因為金屬滲硼層硬度太高(尤其是FeB可達2200~2400HV),一旦受到沖擊就可能發生崩落。倘若采用深層滲硼且使其鋸齒狀組織嵌入基體,就可以將其應用于重載采煤機截齒。如斯,不但可以改善采煤機的工作前提,而且和截齒焊接硬質合金比較還可以降低出產本錢,進步經濟效益。本文試圖就該設想的可行性進行研究,以擴大滲硼應用范圍。

1滲硼試驗

1.1滲劑的選擇

選用固體滲硼法作為采煤機截齒復合滲硼方式。

試驗設備:KSY-12-16型箱式電阻爐、XJT-1型金相顯微鏡。

通過幾種滲硼劑、滲硼厚度、金屬滲硼層金相結構以及外觀形貌的試驗比較,我們選擇如下滲劑:15%B4C+10%Na2SiF6+2%KBF4+73%SiC。

1.2截齒材料的選擇

采煤機截齒不僅工作環境惡劣,而且還要承受沖擊載荷和剪切應力。所以,基材的選擇應該既能達到一定的滲層厚度和較好的綜協力學機能,又能有較好的強度和韌性。為此,用20鋼、45鋼、40Cr鋼、T8鋼及T12鋼進行比較試驗。通過試件的滲硼厚度、滲硼層外觀形貌以及基材碳含量對滲硼層機能等多項結果比較[2],最后選擇45鋼為截齒基體材料。

1.3稀土元素對滲硼效果的影響

用我們選擇的滲劑不僅可以獲得較深的滲層,而且滲層的質量也較好,獨一的缺陷是工藝周期太長,約需20h。為此,在滲劑中適量加入了稀土元素,以期縮短滲硼時間、進步基體機能和減少能耗[3]。結果表明,加入10%的稀土元素,可使滲硼速度進步20%~30%。此外,稀土催滲,不僅使滲層化合物深度增加,而且還使擴散層顯著加深。

1.4滲硼工藝的正交分析

采煤機截齒工作前提復雜,煤體雖軟但其中經常夾著矸石、黃鐵礦、石英等硬料。既然要求截齒具有很強的抗沖擊和抗磨損能力,就必需對滲硼層厚度提出要求。故此,用正交試驗法對滲硼工藝進行了優選。對應的正交設計因素及水平見表1。
 

表1滲硼正交設計因素表

因素記號水平號
123
B4CAA1=5%A2=10%A3=15%
Na2SiF6BB1=5%B2=10%B3=15%
KBF4CC1=2%C2=4%C3=6%
滲硼溫度/℃DD1=850D2=950D3=1050
保溫時間/hEE1=8E2=16E3=24


注:對于稀土元素,為減少影響因素使分析簡樸,僅考慮其催滲作用,故在此表中不加以體現;A、B、C分別為滲劑中B4C、Na2SiF6、KBF4在滲劑中的百分比含量,D為滲硼溫度,E為保溫時間。
 


 

通過試驗[4],最后得到最佳滲劑配方及工藝前提:

15%B4C+10%Na2SiF6+2%KBF4+73%SiC;滲硼溫度為950℃,保溫時間為16h。對應的滲硼層厚度為850μm,其金相組織見圖1。
 


圖1截齒復合滲硼后的金相組織

2現場試驗

為了檢修采用復合滲硼技術處理的采煤機截齒工作效果,經試驗室的抗壓機能試驗、抗扭機能試驗、抗沖擊機能試驗以及抗磨損機能試驗后,我們加工了50個截齒(復合滲硼處理),送至河南平頂山煤業團體進行了現場產業性試驗,現將有關情況概述如下。

2.1試驗方式及前提

將16個滲硼截齒依次安裝在MG-150型采煤機滾筒靠煤壁的端頭。其中8個截齒按不同的傾角安裝。煤層厚度H=1.8m,煤的硬度f=1.5,煤灰粉含量:Ad20,夾矸率:1/20,發燒量:5300J,采煤機滾筒直徑:1.4m,滾筒一次切割深度:0.5m。

2.2截齒磨損情況比較

經由為期10天的現場產業性試驗,16個試驗截齒總體工作狀況良好。圖2為試驗前(右)后(左)滲硼截齒外觀形貌比較;圖3為試驗前(左)后(右)同機工作的普通截齒外觀形貌比較。
 


圖2試驗前后滲硼截齒外觀形貌比較


 


圖3試驗前后同機工作的普通截齒外觀形貌比較

從圖2、3可以看出,截齒的破壞形式主要仍是磨粒磨損。這主要是因為煤的硬度和夾矸率較低所致。

但是,比較試驗結果普通截齒顯著比滲硼截齒磨損嚴峻。對于普通截齒,尤其是靠近煤壁的截齒,因為齒體材料抗磨損機能相對較低,而且齒面發燒加速了齒體磨損,使截齒磨損加劇,硬質合金刀頭裸露。而對于滲硼截齒,因為截齒整個齒面均已滲硼(1600~1800HV),抗磨損機能明顯增強,延長了截齒的工作壽命。

3結論

經上述分析和試驗,采用復合滲硼技術替換采煤機截齒焊接硬質合金工藝,不僅技術上可行,而且經濟上也比較公道。經初步測算,復合滲硼處理的截齒較普通截齒可以降低本錢40%,并且滲硼截齒除了可改善截齒工作前提外,還延長壽命2~3倍。此外,采用滲硼截齒,還可以減少更換截齒時間及人工用度,進步出產效率。

參考文獻:
[1]A.GF.V馬圖施卡.滲硼[M].北京:機械產業出版社,1987:26~40.
[2]李頌文,唐果寧.碳含量對滲硼過程影響的試驗研究[J].湘潭礦業學院學報,1997,(1):72~75.
[3]程先華等.稀土元素在化學熱處理中的應用[J].上海金屬,1995(2):15~6.
[4]唐果寧,黃良沛,李頌文.滲硼工藝的正交分析研究[J].金屬熱處理,1998(6):26~29.


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