CN101876249A - 一种金属陶瓷煤截齿及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金属陶瓷煤截齿及其制备方法。其技术方案是：或将合金粉末模压成型为齿头[1]置于烧结炉中、或将合金粉末模压成型为齿头[1]与凸台[3]]成为连接体置于烧结炉中，烧结温度1100～1400℃，保温10～180分钟；然后或将烧结制得的齿头[1]和齿身[2]焊接为一体或将烧结后的连接体的凸台[3]和齿体[4]焊接为一体。本发明制备的金属陶瓷煤截齿不含W、Co等贵金属元素，结构为齿头包裹凸台或齿身的凸起部分，钢质齿体和齿头结合强度高，比传统煤截齿结构更能有效地保护钢质齿体。因此，本发明具有生产成本低、耐磨性能好、截齿不易脱落和使用寿命长的特点，对于降低采煤机截齿消耗量、提高采煤机械运转率和增加采煤生产都有积极意义。
Description
技术领域
本发明属于采煤机械中的煤截齿技术领域。具体涉及一种金属陶瓷煤截齿及其制备方法。
背景技术
截齿是采煤机滚筒上直接切割煤炭的关键性零件，是落煤及碎煤的主要工具，它的性能好坏直接影响采煤机械生产能力的发挥、功率的消耗、工作平稳性和其他相关零部件的使用寿命。
截齿的一般制备方法是在经淬火、回火处理的低合金结构钢齿体上镶嵌硬质合金齿头，截齿前端外表面有耐磨覆层。硬质合金齿头通过钎焊的方式镶嵌在钢质齿体上，在外侧涂覆硬质耐磨覆层用于保护。由于齿体与齿头之间通过钎焊结合，钎焊强度直接影响截齿寿命。并且截齿前端外表面的硬质覆层厚度较小，结构疏松，很容易被磨损而消耗，用以固定齿头的齿体顶端就会暴露出来而被磨损，造成齿头的脱落。截齿工作时工况恶劣、受力情况复杂，齿头脱落现象十分严重，甚至使用时间不长即行脱落。齿尖的脱落势必要停机换齿，不但增加生产成本，而且直接影响采煤的生产效益。
经市场调查，现全国每年需煤截齿40亿支，但现在国内各个企业生产的煤截齿，在采煤过程中常常发生硬质合金头破损、硬质合金头脱落、截齿母体过早磨损和沿截齿颈或槽断裂等，使镐型截齿的寿命大大缩短。煤矿现场调查表明，采煤机国产镐型截齿硬质合金头破损占10％～15％，硬质合金头脱落占25％～30％，母体过早磨损占20％～25％，沿截齿颈或槽断裂占5％～10％，正常磨损仅占20％～40％，使得国产采煤机镐型截齿寿命只有同类进口产品寿命的60％左右，造成了硬质合金和钢材等贵重原材料的巨大浪费。
发明内容
本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种耐磨性能好、截齿不易脱落、使用寿命长、生产成本低的金属陶瓷煤截齿及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该煤截齿的结构或为由齿头和齿身构成，或为由齿头、凸台和齿体构成。
由齿头和齿身构成的煤截齿的制备工艺是：先将合金粉末模压成型为齿头；再将成型齿头置于烧结炉中，烧结温度1100～1400℃，保温10～180分钟；然后将烧结制得的齿头和齿身焊接为一体即可。
由齿头、凸台和齿体构成的煤截齿的制备工艺是：先将凸台表面进行喷砂处理，用无水乙醇或汽油或丙酮清洗，干燥后备用；再在凸台的圆环面上，将合金粉末模压成型为齿头，凸台的凸起部分被齿头包裹，凸台与齿头成为连接体；然后将该连接体置于烧结炉中，烧结温度1100～1400℃，保温10～180分钟；最后将烧结后的连接体的凸台和齿体焊接为一体即可。
上述技术方案中：
凸台、齿体和齿身的材质均为低合金结构钢；成型压力为50～150MPa；烧结方法或为真空烧结或为热压烧结；焊接或为摩擦焊或为气体保护焊或为埋弧焊或为激光焊。
合金粉末的制备工艺是：以无水乙醇、汽油、丙酮、己烷、四氯化碳、苯中的一种为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨8～72小时；
或球磨后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡、100～500ml/Kg的橡胶汽油溶液中的一种，混合1～10小时，然后真空干燥至衡重，过20～200目筛，即得合金粉末；
或将球磨后的浆料先真空干燥至衡重，过20～200目筛，然后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡、100～500ml/Kg的橡胶汽油溶液中的一种，搅拌混合均匀，过20～200目筛后真空干燥至衡重，即得合金粉末；
橡胶汽油溶液浓度为5～15wt％。
所述的合金粉末原料的化学成分是：Mo为20～60wt％、Fe为30～50wt％、B为2～15wt％、V为1～15wt％、Cr为1～15wt％、Ni为1～15wt％、C为0.1～2wt％。
由于采用上述技术方案，本发明采用铁基多元硼化物金属陶瓷制备齿头，具有优良的机械性能、化学稳定性、耐磨损、耐腐蚀和耐高温性能，并且不含W、Co等贵金属元素，节约了制备成本。其次，该煤截齿结构为齿头包裹凸台或齿身的凸起部分，相对于传统的齿头镶嵌在齿体内的煤截齿结构，能有效地保护钢质齿体，增加了耐磨性，避免了齿体过早的磨损而导致齿头的脱落；再次，将齿头和凸台通过一次烧结成型或将齿头烧结成型后与齿身焊接，去除了传统截齿制备中齿头与齿体的钎焊工序。
由于本发明不需要在该煤截齿前端外表面涂覆耐磨涂层，减少了生产工序，且使凸台的钢质材料和齿头的硬质合金间形成牢固的冶金结合界面，结合强度高，解决了由于钎焊强度差而引起齿头脱落的问题。因此，具有耐磨性能好、截齿不易脱落、使用寿命长、生产成本低的特点，对于降低采煤机截齿消耗量、提高采煤机械运转率和增加采煤生产的综合经济效益都具有积极意义。
附图说明
图1是本发明的一种剖面结构示意图；
图2是本发明的另一种剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对保护范围的限制：
实施例1
一种金属陶瓷煤截齿及其制备方法，该金属陶瓷煤截齿的结构如图1所示：由齿头1、凸台3和齿体4组成，凸台3和齿体4的材质均为低合金结构钢。
本实施例1的制备工艺是：先将凸台3表面进行喷砂处理，用无水乙醇清洗，干燥后备用；再在凸台3的圆环面上，将合金粉末模压成型为齿头1，成型压力为50～75MPa；凸台3的凸起部分被齿头1包裹，凸台3与齿头1成为连接体；然后将该连接体置于烧结炉中采用真空烧结，真空度为10～1.0Pa，加热至1100～1280℃，保温10～60分钟；最后采用摩擦焊，将烧结后的连接体的凸台3和齿体4焊接为一体即可。
合金粉末的制备工艺是：以无水乙醇为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨8～24小时；再外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡，混合1～10小时，然后真空干燥至衡重，过20～200目筛即得合金粉末。
本实施例1中的合金粉末原料的化学成分是：Mo为20～30wt％、Fe为44～50wt％、B为2～4wt％、V为4～7wt％、Cr为1～4wt％、Ni为10～15wt％、C为0.1～0.8wt％。
实施例2
一种金属陶瓷煤截齿及其制备方法，结构同实施例1，凸台3和齿体4的材质均为低合金结构钢。
本实施例2的制备工艺是：先将凸台3表面进行喷砂处理，用汽油清洗，干燥后备用；再在凸台3的圆环面上，将合金粉末模压成型为齿头1，成型压力为75～100MPa；凸台3的凸起部分被齿头1包裹，凸台3与齿头1成为连接体；然后将该连接体置于烧结炉中采用真空烧结，真空度为1.0×10-1～1.0×10-2Pa，加热至1200～1300℃，保温20～100分钟；最后采用气体保护焊，将烧结后的连接体的凸台3和齿体4焊接为一体即可。
合金粉末的制备工艺是：以汽油为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨24～40小时；再外加合金粉末原料100～300ml/Kg的浓度为5～15wt％的橡胶汽油溶液，混合1～10小时，然后真空干燥至衡重，过20～200目筛即得合金粉末。
本实施例2中的合金粉末原料的化学成分是：Mo为28～38wt％、Fe为39～44wt％、B为4～8wt％、V为7～15wt％、Cr为4～7wt％、Ni为5～7wt％、C为0.4～1.5wt％。
实施例3：
一种金属陶瓷煤截齿及其制备方法，该金属陶瓷煤截齿的结构如图2所示：由齿头1和齿身2组成，齿身2的材质为低合金结构钢。
本实施例3的制备工艺是：先将合金粉末模压成型为齿头1，成型压力为100～125MPa；再将成型齿头1置于热压烧结炉中，烧结温度1210～1350℃，保温25～120分钟；最后采用激光焊，将烧结制得的齿头1和齿身2焊接为一体即可。
合金粉末的制备工艺是：以丙酮为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨40～56小时；将球磨后的浆料先真空干燥至衡重，过20～200目筛，然后外加合金粉末原料1～10％的液体石蜡，搅拌混合均匀，过20～200目筛后真空干燥至衡重，即制得合金粉末。
本实施例3中的合金粉末原料的化学成分是：Mo为36～47wt％、Fe为34～39wt％、B为6～15wt％、V为1～4wt％、Cr为6～15wt％、Ni为6～10wt％、C为0.7～2wt％。
实施例4：
一种金属陶瓷煤截齿及其制备方法，结构和同实施例3，齿身2的材质为低合金结构钢。
本实施例4的制备工艺是：先将合金粉末模压成型为齿头1，成型压力为125～150MPa；再将成型齿头1置于热压烧结炉中，烧结温度1220～1400℃，保温30～180分钟；最后采用埋弧焊，将烧结制得的齿头1和齿身2焊接为一体即可。
合金粉末的制备工艺是：以己烷为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨56～72小时；将球磨后的浆料先真空干燥至衡重，过20～200目筛，然后外加合金粉末原料200～500ml/Kg的浓度为5～15wt％的橡胶汽油溶液，搅拌混合均匀，过20～200目筛后真空干燥至衡重，即制得合金粉末。
本实施例4中的合金粉末原料的化学成分是：Mo为46～60wt％、Fe为30～35wt％、B为2～4wt％、V为1～4wt％、Cr为1～5wt％、Ni为1～5wt％、C为0.1～0.6wt％。
本具体实施方式采用铁基多元硼化物金属陶瓷制备齿头，具有优良的机械性能、化学稳定性、耐磨损、耐腐蚀和耐高温性能，并且不含W、Co等贵金属元素，节约了制备成本。其次，该煤截齿结构为齿头包裹凸台或齿身的凸起部分，相对于传统的齿头镶嵌在齿体内的煤截齿结构，能有效地保护钢质齿体，增加了耐磨性，避免了齿体过早的磨损而导致齿头的脱落；再次，将齿头和凸台通过一次烧结成型或将齿头烧结成型后与齿身焊接，去除了传统截齿制备中齿头与齿体的钎焊工序。
本具体实施方式不需要在该煤截齿前端外表面涂覆耐磨涂层，减少了生产工序，且使凸台的钢质材料和齿头的硬质合金间形成牢固的冶金结合界面，结合强度高，解决了由于钎焊强度差而引起齿头脱落的问题。因此，本具体实施方式具有耐磨性能好、截齿不易脱落、使用寿命长、生产成本低的特点，对于降低采煤机截齿消耗量、提高采煤机械运转率和增加采煤生产的综合经济效益都有积极意义。
Claims (8)
1.一种金属陶瓷煤截齿的制备方法，其特征在于该煤截齿的结构或为由齿头[1]和齿身[2]构成，或为由齿头[1]、凸台[3]和齿体[4]构成；
由齿头[1]和齿身[2]构成的煤截齿的制备工艺是：先将合金粉末模压成型为齿头[1]；再将成型齿头[1]置于烧结炉中，烧结温度为1100～1400℃，保温10～180分钟；然后将烧结制得的齿头[1]和齿身[2]焊接为一体即可；
由齿头[1]、凸台[3]和齿体[4]构成的煤截齿的制备工艺是：先将凸台[3]表面进行喷砂处理，用无水乙醇或汽油或丙酮清洗，干燥后备用；再在凸台[3]的圆环面上，将合金粉末模压成型为齿头[1]，凸台[3]的凸起部分被齿头[1]包裹，凸台[3]与齿头[1]成为连接体；然后将该连接体置于烧结炉中，烧结温度为1100～1400℃，保温10～180分钟；最后将烧结后的连接体的凸台[3]和齿体[4]焊接为一体即可。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷煤截齿的制备方法，其特征在于所述的凸台[3]、齿体[4]和齿身[2]的材质均为低合金结构钢。
3.根据权利要求1所述的金属陶瓷煤截齿的制备方法，其特征在于所述的成型压力为50～150MPa。
4.根据权利要求1所述的金属陶瓷煤截齿的制备方法，其特征在于所述的合金粉末的制备工艺是：以无水乙醇、汽油、丙酮、己烷、四氯化碳、苯中的一种为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨8～72小时；
或球磨后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡、100～500ml/Kg的橡胶汽油溶液中的一种，混合1～10小时，然后真空干燥至衡重，过20～200目筛，即得合金粉末；
或将球磨后的浆料先真空干燥至衡重，过20～200目筛，然后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡、100～500ml/Kg的橡胶汽油溶液中的一种，搅拌混合均匀，过20～200目筛后真空干燥至衡重，即得合金粉末；
所述的合金粉末原料的化学成分是：Mo为20～60wt％、Fe为30～50wt％、B为2～15wt％、V为1～15wt％、Cr为1～15wt％、Ni为1～15wt％、C为0.1～2wt％。
5.根据权利要求4所述的金属陶瓷煤截齿的制备方法，其特征在于所述的橡胶汽油溶液浓度为5～15wt％。
6.根据权利要求1所述的金属陶瓷煤截齿的制备方法，其特征在于所述的烧结方法或为真空烧结或为热压烧结。
7.根据权利要求1所述的金属陶瓷煤截齿的制备方法，其特征在于所述的焊接或为摩擦焊或为气体保护焊或为埋弧焊或为激光焊。
8.根据权利要求1～7项中任一项所述的金属陶瓷煤截齿的制备方法所制备的金属陶瓷煤截齿。
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