一種一體式高耐磨截齒及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種一體式高耐磨截齒及其制備方法。所述一體式高耐磨截齒包括齒尖、齒身、齒肩和齒柄；齒尖、齒身、齒肩和齒柄均由鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金制成；鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金指的是鋼結(jié)硬質(zhì)合金與不銹鋼的復(fù)合材料，鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金指的是鋼結(jié)硬質(zhì)合金與碳鋼的復(fù)合材料；由齒尖至所述齒柄，鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量逐漸降低。本發(fā)明通過粉末冶金加壓的方法減少了后期機(jī)加工的工作量，提高了截齒整體的耐磨性。本發(fā)明通過應(yīng)用硬質(zhì)合金與鋼結(jié)硬質(zhì)合金等耐磨合金、不銹鋼和碳鋼，降低了生產(chǎn)截齒與采煤、掘進(jìn)的成本，提高了截齒的耐磨性。
【專利說明】
_種_體式局耐磨截齒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種一體式高耐磨截齒及其制備方法，屬于粉末冶金成型與燒結(jié)技術(shù) 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 截齒作為礦山機(jī)械工程的耐磨零件，其主要應(yīng)用于采煤機(jī)與掘進(jìn)機(jī)。截齒是裝載 在采掘機(jī)滾筒上面的一種割煤刀具。它承擔(dān)著采掘過程中的主要負(fù)荷。在開采煤炭的過程 中，復(fù)雜的環(huán)境導(dǎo)致采煤機(jī)的截齒磨損極大。實際開采過程中，當(dāng)截齒刀體磨損到一定程度 時，硬質(zhì)合金刀頭受到彎曲應(yīng)力導(dǎo)致刀體脫落。其表現(xiàn)形式為：刀體上出現(xiàn)梨溝;硬質(zhì)合金 刀頭被磨平;硬質(zhì)合金刀頭在焊接位置開裂并脫落;硬質(zhì)合金刀頭破碎。刀頭的碎裂是由于 石墨雜質(zhì)導(dǎo)致晶粒分布不均勻，致使在遇到堅硬的煤巖時因為韌性不足而脆裂。刀體脫落 是因為銅鋅釬料與硬質(zhì)合金、基體金屬的膨脹系數(shù)差異很大，在冷卻過程中收縮程度不同 造成了三者之間的應(yīng)力，導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度下降。
[0003] 因此開發(fā)一種高耐磨、低成本、壽命長的截齒對于煤炭的現(xiàn)代化開采極其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種一體式高耐磨截齒及其制備方法，解決了目前截齒使用 壽命短的問題從而降低采煤與掘進(jìn)的成本。
[0005] 本發(fā)明首先提供一種一體式高耐磨截齒，由上至下包括齒尖、齒身、齒肩和齒柄；
[0006] 所述齒尖、所述齒身、所述齒肩和所述齒柄均由鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或鋼結(jié) 硬質(zhì)合金/碳鋼合金制成;所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金指的是鋼結(jié)硬質(zhì)合金與不銹鋼的 復(fù)合材料，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金指的是鋼結(jié)硬質(zhì)合金與碳鋼的復(fù)合材料；
[0007] 由所述齒尖至所述齒柄，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳 鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量逐漸降低。
[0008] 上述的一體式高耐磨截齒中，由所述齒尖至所述齒柄，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼 合金或所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量由100%至〇% 之間變化。
[0009] 上述的一體式高耐磨截齒中，所述齒尖中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述 鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量可為80%~100%，具體可 為 1000。
[0010] 上述的一體式高耐磨截齒中，所述齒身中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述 鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量可為75%~80%，具體可為 75%或 80%。
[0011] 上述的一體式高耐磨截齒中，所述齒肩中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述 鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量為40%~45%，具體可為 40% 或 45%。
[0012] 上述的一體式高耐磨截齒中，所述齒柄中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述 鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量為〇%。
[0013] 上述的一體式高耐磨截齒中，所述碳鋼的碳含量為0.2%~5%(wt)。
[0014] 上述的一體式高耐磨截齒中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的硬質(zhì)相可為碳化鈦或碳化鎢， 粘結(jié)相可為錳鐵，粘結(jié)劑可為鎳、鉬和鈷；
[0015] 所述硬質(zhì)相的質(zhì)量百分含量可為15%~85%，具體可為50%~55%、50%或55%; [0016] 所述粘結(jié)相的質(zhì)量百分含量可為10%~75%，具體可為43%~46%、43%或46%;
[0017] 所述粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含量可為0.5%~5%，具體可為2%~4%、2%或4%。
[0018] 本發(fā)明一體式高耐磨截齒由粉末冶金的方法制備，因此無需焊接或鑄造，其中包 括壓制或冷等靜壓等步驟。
[0019] 由上述技術(shù)方案可以看出，制成本發(fā)明一體式高耐磨截齒的齒尖、齒身、齒肩和齒 柄的原料的成分是梯度分布的，具體是通過粉料的梯度分布實現(xiàn)。
[0020] 本發(fā)明進(jìn)一步提高了所述一體式高耐磨截齒的制備方法，采用壓制的方法制備， 包括如下步驟:按照所述一體式高耐磨截齒的所述齒尖、所述齒身、所述齒肩和所述齒柄的 原料組成，配置粉料;將所述粉料經(jīng)壓制成型得到生坯;所述生坯經(jīng)燒結(jié)得到毛坯;所述毛 坯經(jīng)機(jī)械加工即得到所述一體式高耐磨截齒。
[0021] 上述的制備方法中，所述壓制的壓力可為100~3000MPa，具體可為600~800MPa、 600MPa或800MPa。
[0022] 上述的制備方法中，所述燒結(jié)可在還原氣氛或真空燒結(jié)爐中進(jìn)行；
[0023] 所述燒結(jié)的溫度可為1 〇〇〇 r~1500 r。
[0024]上述的制備方法中，所述燒結(jié)步驟在所述真空燒結(jié)爐中進(jìn)行，按照如下方案控制 所述真空燒結(jié)爐的升溫速率：
[0025] 以1.5~10°C/min的升溫速率升至500°C，以0.8~9°C/min的升溫速率升至500°C ~1000°C，以1.5~10°C/min的升溫速率升至1000°C~1500°C，如：以3°C/min加熱到500°C， 以 2.5 °C /min加熱到 1000 °C，以 2 °C /min加熱到 1400 °C。
[0026]通過本發(fā)明制備得到的截齒，其外形尺寸與現(xiàn)有的截齒無異，但是提高了整體的 耐磨性、延長了使用壽命并降低了生產(chǎn)與應(yīng)用成本。因此本發(fā)明解決了以下技術(shù)問題:截齒 刀頭本身的脆裂、齒尖與齒身之間焊縫處的斷裂、齒身與齒肩部分在應(yīng)用過程中易磨損。 [0027]本發(fā)明取得了如下有益效果：
[0028] 1、本發(fā)明通過粉末冶金加壓的方法減少了后期機(jī)加工的工作量，提高了截齒整體 的耐磨性。
[0029] 2、本發(fā)明通過整體的成分梯度分布增強(qiáng)了齒尖與齒身部分的耐磨性，克服了傳統(tǒng) 方法制備的截齒齒身不耐磨以及焊縫處斷裂的缺陷。
[0030] 3、本發(fā)明通過應(yīng)用硬質(zhì)合金與鋼結(jié)硬質(zhì)合金等耐磨合金、不銹鋼和碳鋼，降低了 生產(chǎn)截齒與采煤、掘進(jìn)的成本，提高了截齒的耐磨性。
【附圖說明】
[0031] 圖1為截齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖中各標(biāo)記如下：
[0033] 1齒尖、2齒身、3齒肩、4齒柄。
【具體實施方式】
[0034] 下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。
[0035] 下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0036]實施例1、截齒的制備及性能測試
[0037]截齒的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
[0038]各部件的原料組成如下：
[0039]齒尖1的原料：鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其成分（重量百分比）如下：碳化鈦：50%，錳鐵： 46%，鎳：1%，鉬：2.5%，鈷:0.5%;
[0040] 齒身2的原料:鋼結(jié)硬質(zhì)合金與304不銹鋼組成的復(fù)合材料，其中304不銹鋼的質(zhì)量 百分含量為20% ;
[0041] 齒肩3的原料:鋼結(jié)硬質(zhì)合金與304不銹鋼組成的復(fù)合材料，其中鋼結(jié)硬質(zhì)合金的 質(zhì)量百分含量為40% ;
[0042] 齒柄4的原料:304不銹鋼。
[0043]按照下述方法制備一體式高耐磨截齒：
[0044]首先按照上述原料組成配置粉料。將粉料送入壓機(jī)，在SOOMPa的壓力下成型為生 坯。生坯在真空燒結(jié)爐中以3°C/min加熱到500°C ;以2.5°C/min加熱到1000°C ;以2°C/min加 熱到1400°C生成毛坯。毛坯經(jīng)過金剛石磨床機(jī)加工后達(dá)到圖紙所需尺寸，再經(jīng)過砂輪打磨 得到重量為630克采煤機(jī)截齒。
[0045] 將10件本實施例制備的截齒與凱南牌截齒(購自凱南麥特有限公司）在北京科技 大學(xué)進(jìn)行耐磨性檢測，在山東聊城采煤現(xiàn)場試用，取平均值，其齒尖與齒肩/齒身部分性能 與使用壽命對比如表1中所示。
[0046] 各指標(biāo)的測定方法如下：
[0047]硬度采用五點法測試。
[0048]沖擊韌性采用V型缺口沖擊試驗測試。
[0049]表1本發(fā)明截齒與現(xiàn)有截齒的性能和使用壽命對比
[0051] 由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，在硬度、耐磨性指標(biāo)上，本發(fā)明截齒均顯著優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn) 品。
[0052] 實施例2、截齒的制備及性能測試 [0053]截齒的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
[0054]各部件的原料組成如下：
[0055]齒尖1的原料：鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其成分（重量百分比）如下：碳化鈦：55%，錳鐵： 43%，鎳:0.5%，鉬：0.5%，鈷：1%;
[0056] 齒身2的原料:鋼結(jié)硬質(zhì)合金與304不銹鋼組成的復(fù)合材料，其中304不銹鋼的質(zhì)量 百分含量為25% ;
[0057] 齒肩3的原料:鋼結(jié)硬質(zhì)合金與304不銹鋼組成的復(fù)合材料，其中鋼結(jié)硬質(zhì)合金的 質(zhì)量百分含量為45% ;
[0058] 齒柄4的原料：中碳鋼。
[0059] 按照下述方法制備一體式高耐磨截齒：
[0060] 首先按照上述原料組成配置粉料。將粉料送入壓機(jī)，在600MPa的壓力下成型為生 坯。生坯在真空燒結(jié)爐中以3°C/min加熱到500°C ;以2.5°C/min加熱到1000°C ;以2°C/min加 熱到1400°C生成毛坯。毛坯經(jīng)過金剛石磨床機(jī)加工后達(dá)到圖紙所需尺寸，再經(jīng)過砂輪打磨 得到重量為630克采煤機(jī)截齒。
[0061] 將10件本實施例制備的截齒與凱南牌截齒(購自凱南麥特有限公司）在北京科技 大學(xué)進(jìn)行耐磨性檢測，在山東聊城采煤現(xiàn)場試用，取平均值，其齒尖與齒肩/齒身部分性能 與使用壽命對比如表2中所示。
[0062]各指標(biāo)的測定方法如下：
[0063]硬度采用五點法測試。
[0064] 沖擊韌性采用V型缺口沖擊試驗測試。
[0065] 表2本發(fā)明截齒與現(xiàn)有截齒的性能和使用壽命對比
[0067] 由表2中的數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明截齒專利無論是從硬度、耐磨性上都顯著高于現(xiàn) 有產(chǎn)品。
[0068] 由上述各實施例可以看出，本發(fā)明方法制備的截齒，其中的齒尖與齒身通過粉末 冶金的方式緊密結(jié)合，有效防止了齒尖與齒身之間的脆裂。相較于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的截齒，本 發(fā)明通過鋼結(jié)硬質(zhì)合金與不銹鋼的應(yīng)用提高了截齒整體的耐磨性，降低了截齒的生產(chǎn)成本 同時延長了其使用壽命。
【主權(quán)項】
1. 一種一體式高耐磨截齒，包括齒尖、齒身、齒肩和齒柄;其特征在于： 所述齒尖、所述齒身、所述齒肩和所述齒柄均由鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或鋼結(jié)硬質(zhì) 合金/碳鋼合金制成;所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金指的是鋼結(jié)硬質(zhì)合金與不銹鋼的復(fù)合 材料，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金指的是鋼結(jié)硬質(zhì)合金與碳鋼的復(fù)合材料； 由所述齒尖至所述齒柄，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合 金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量逐漸降低。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式高耐磨截齒，其特征在于：由所述齒尖至所述齒柄，所 述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量 百分含量由100%至〇%之間變化。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體式高耐磨截齒，其特征在于:所述齒尖中，所述鋼結(jié)硬 質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量百分含量 為 80%~100%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的一體式高耐磨截齒，其特征在于:所述齒身中，所 述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量 百分含量為75%~80%。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的一體式高耐磨截齒，其特征在于:所述齒肩中，所 述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量 百分含量為40 %~45 %。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的一體式高耐磨截齒，其特征在于:所述齒柄中，所 述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/不銹鋼合金或所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金/碳鋼合金中，所述鋼結(jié)硬質(zhì)合金的質(zhì)量 百分含量為〇%。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的一體式高耐磨截齒，其特征在于:所述鋼結(jié)硬質(zhì)合 金的硬質(zhì)相為碳化鈦或碳化鎢，粘結(jié)相為錳鐵，粘結(jié)劑為鎳、鉬和鈷； 所述硬質(zhì)相的質(zhì)量百分含量為15%~85% ; 所述粘結(jié)相的質(zhì)量百分含量為10%~75% ; 所述粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含量為0.5%~5%。8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的一體式高耐磨截齒，其特征在于:所述一體式高耐 磨截齒由粉末冶金的方法制備。9. 權(quán)利要求1-8中任一項所述一體式高耐磨截齒的制備方法，包括壓制或冷等靜壓的 步驟； 所述壓制包括如下步驟:按照所述一體式高耐磨截齒的所述齒尖、所述齒身、所述齒肩 和所述齒柄的原料組成，配置粉料;將所述粉料經(jīng)壓制成型得到生坯;所述生坯經(jīng)燒結(jié)得到 毛坯;所述毛坯經(jīng)機(jī)械加工即得到所述一體式高耐磨截齒。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于:所述壓制的壓力為100~3000MPa; 所述燒結(jié)在還原氣氛或真空燒結(jié)爐中進(jìn)行； 所述燒結(jié)的溫度為1000 °C~1500 °C ; 所述燒結(jié)步驟在所述真空燒結(jié)爐中進(jìn)行，按照如下方案控制所述真空燒結(jié)爐的升溫速 率： 以1.5~10°C/min的升溫速率升至500°C，以0.8~9°C/min的升溫速率升至500°C~
【文檔編號】B22F3/10GK105840192SQ201610250635
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】郭雷辰, 楊芳, 陳存廣, 張欣悅, 陳文 , 陳華, 吳成義, 郭志猛, 郝俊杰, 邵慧萍, 羅驥, 馬克.巴克, 程軍, 韓青有, 王曉明, 趙旭哲, 趙翔, 王海英, 劉莎, 董廣樂, 牟維國, 龍海明, 李國平, 郭麗波, 孫海身, 張雷, 鄧成明, 蘇峰, 曹慧欽, 楊薇薇, 蘆博昕, 柏鑒玲, 葉青, 盛艷偉, 石濤, 紀(jì)振輝, 李沛, 韓強(qiáng), 葉安平, 許恩恩, 賈婷婷, 羅萍萍, 毛瑞奇, 張帥, 孫海霞, 李琴
【申請人】萊蕪金物新材料科技有限公司