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1、等離子束表面冶金強(qiáng)化截齒研究陳顥12。羊建高讓(1．江西理工大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院，贛州341000；2．章源鎢業(yè)股份有限公司。江西贛州341000)摘要：粟用等離子束表面冶金技術(shù)．在采煤機(jī)截齒磨損嚴(yán)重的部位處制備了與基材呈冶金結(jié)合的鐵基復(fù)合涂屢。利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、X衍射儀和顯微硬度計(jì)等手段分析了冶金涂層組織，測(cè)試了涂層的顯微硬度和磨損性能。結(jié)果表明：涂層主要由．y一(Fe，Ni)和(Cr,Fe)7(C，B)3相組成，在固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化爭(zhēng)細(xì)晶體強(qiáng)化共同作用下，冶金涂層的具有較高的顯微硬度和較好的耐磨性能。關(guān)鍵詞：等離子束表面冶金；截齒；強(qiáng)化；耐磨我國(guó)煤資源相對(duì)豐富，是
2、世界上少數(shù)幾個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家，含煤面積55萬(wàn)平方公里。資源總量55965．63億噸。目前，煤炭仍然是我國(guó)能源的主體。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展。對(duì)煤炭的需求量越來(lái)越大。隨著能源需求的迅速增加。對(duì)煤炭采掘設(shè)備的可靠性與壽命提出了更高要求。隨著煤礦生產(chǎn)機(jī)械化程度的提高，綜采設(shè)備截割刀具的選擇和使用顯得尤為重要，截齒是綜采機(jī)組上直接切割煤巖的關(guān)鍵性零件。其服役條件惡劣，工作時(shí)直接與煤層相接觸。不僅要能有效的破碎煤和軟巖，而且還要在中等硬度的半煤巖中進(jìn)行掘進(jìn)，所以磨損嚴(yán)重。在生產(chǎn)的過(guò)程大量的截齒消耗不僅增加了截齒的時(shí)間增加而降低生產(chǎn)效率。由于國(guó)產(chǎn)的截齒壽噸煤成本、影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益
3、。而且還會(huì)因?yàn)楦鼡Q命短，僅是國(guó)外優(yōu)質(zhì)截齒壽命的l／3，雖然不少學(xué)者曾進(jìn)行研究，為提高其性能質(zhì)量對(duì)其關(guān)鍵部位采用鑄造和噴涂等手段來(lái)進(jìn)行表面嬲皴黢駿鞘，206強(qiáng)化，但還沒(méi)有從根本上得到解決【l捌。1截齒失效分析在螺旋滾筒式采煤機(jī)中．螺旋滾筒是采煤機(jī)破碎煤巖的工作機(jī)構(gòu)。截齒是螺旋滾筒的關(guān)鍵部件，截齒的磨損形式及使用壽命直接影響到螺旋滾筒采煤機(jī)的功率消耗和割煤效率。采煤機(jī)不僅要有效地破碎煤和軟巖，還要在中等硬度的半煤巖中進(jìn)行掘進(jìn)。截齒在切割煤巖時(shí)，因煤巖的反作用力，使截齒承受著很大的截割阻力和沖擊負(fù)荷。截齒一般分兩大類：刀型截齒(又稱為徑向截齒)與鎬型截齒(又稱為切向截齒)。其中鎬形截
4、齒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能點(diǎn)擊刨煤，吃刀深度大，在工作中能自動(dòng)磨銳而經(jīng)常保持齒頭鋒利。采煤機(jī)負(fù)荷較平穩(wěn)，因而較刀形截齒能耗少、壽命長(zhǎng)．且煤塵量小、塊煤量大，適于在硬煤中使用。在螺旋滾筒采煤機(jī)時(shí)．螺旋滾筒上的截齒運(yùn)動(dòng)是螺旋滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)和截割臂水平擺動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。截齒的運(yùn)動(dòng)軌跡為平面擺線，鎬型截齒的工作部分為一圓錐體，工作時(shí)如同鎬尖楔入煤巖體。在鎬形截齒尖楔人煤巖體的一瞬間。齒尖錐體表面對(duì)煤巖體的壓力超過(guò)煤巖體的抗壓強(qiáng)度，使煤巖粉碎，隨著鎬形截齒的楔進(jìn)，使得煤巖體內(nèi)的張力越來(lái)越大，直到鎬形截齒周圍的扇形體從煤巖體上碎落下來(lái)。截齒在截割煤巖時(shí)承受高的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊負(fù)荷。煤的硬度雖不很高，但
5、其中經(jīng)常會(huì)遇到煤矸石等硬的礦料，并且在采煤和鑿巖過(guò)程中，截齒溫度會(huì)急劇升高，導(dǎo)致齒頂材質(zhì)軟化，加速了截齒的失效過(guò)程。截齒在工作過(guò)程中，磨粒(煤矸石等)與截齒表面問(wèn)產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力．帶有銳利棱角并具有合適迎角的磨粒能切削截齒表面形成顯微切削。如果磨粒不夠尖銳或刺入截齒表面角度不適當(dāng)。則在截齒表面擠出犁溝。隨著截齒工作時(shí)間的延長(zhǎng)，磨粒反復(fù)對(duì)截齒表面推擠，產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形流動(dòng)．使得表面下層塑性發(fā)生相互作用。導(dǎo)致塑變區(qū)內(nèi)位錯(cuò)密度增加，變形材料表面產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展，截齒表面形成薄片狀磨屑。而且，煤層中存在腐蝕性介質(zhì)與截齒表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成表面材料腐蝕，機(jī)械性能下降，并使表層金屬與
6、基體材料結(jié)合力降低。加快了截齒材料表層的磨損。另外，截齒在截割煤巖時(shí)，承受高的間歇式的沖擊載荷，在沖擊載荷的作用下，截齒表面上較硬的微凸點(diǎn)將變形，反復(fù)擠壓導(dǎo)致附近軟表面產(chǎn)生塑性流動(dòng)并在截齒亞表面層形成積累，反復(fù)的彈塑變形，又使位錯(cuò)集中，繼而在表層出現(xiàn)橫向微裂紋。磨損后的截齒，切削部分的面積增大，使截割阻力增加，截齒強(qiáng)度降低。當(dāng)截齒齒頭磨損到一定程度后，硬質(zhì)合金齒尖將脫落。脫落硬質(zhì)合金齒尖后的截齒已經(jīng)完全失效。圍1截齒磨損失效前、后形貌大量的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明。截齒的失效形式依重輕程度的次序分別為：截齒齒頭磨損后硬質(zhì)合金齒尖脫落、齒尖破碎、齒體彎曲或折斷，其中截齒齒頭磨損造成齒尖脫
7、落失效的約占85％。所以，為了提高截齒的使用壽命，首先要保證截齒齒頭表面有足夠的耐磨、耐蝕、抗沖擊性能，同時(shí)增加截齒齒體的強(qiáng)韌性，才能有效地延長(zhǎng)截齒的使用壽命。2試驗(yàn)材料和方法等離子束表面冶金技術(shù)是新近發(fā)展的、具有較大發(fā)展?jié)摿Φ谋砻娓男约夹g(shù)，它除了可以直接獲得快速凝固組織特征和特殊物理化學(xué)及力學(xué)性能的表面材料外。還可以很靈活方便地向熔池中加入合金元素而改變?nèi)刍瘜硬牧系幕瘜W(xué)成分、組織與性能或直接熔化同步輸入或預(yù)置于工件表面的完全不同于基材的合金粉末，從而獲得成分、組織及性能完全不同于基材的表面
