〈新〉采煤机截齿堆焊耐磨焊丝试验应用.doc

采煤机截齿堆焊耐磨焊丝试验应用 山东淄博博山工程机械有限公司 马作强 煤截齿在截割煤岩时，承受高的间歇式的冲击载荷，截齿表面上较硬的微凸点将变形，反复挤压导致附近软表面产生塑性流动并在截齿亚表面层形成积累。同时截齿截割煤岩时，由于磨损热使刀头磨损表面产生600～800℃的高温，而截齿截割煤岩是周期性的回转运动，故升温是交变的，当刀头接触煤岩时升温，离开煤岩时降温，使截齿齿顶产生高温回火，其组织一般为回火索氏体和铁素体，其硬度下降50 % ，加速了截齿的磨损。由于煤截齿表层温度的不断变化，材料表层进一步软化，导致塑变区内出现波浪式塑性流动和位错密度增加，反复的弹塑变形，又使位错集中，继而在表层出现横向微裂纹，属于典型的热疲劳磨损。因此磨料磨损和热疲劳磨损是采煤机截齿正对土体部分的主要磨损形式。 煤截齿多选用35CrMo或42CrMo钢为母材，在截齿工作端钎焊碳化铌硬质合金。在工作中，硬质合金起到切削煤岩的作用，42CrMo钢对硬质合金起到支撑保护作用。但由于42CrMo钢硬度低，耐磨性差，在实际工作中由于42CrMo的过早磨损，特别是钎焊硬质合金后，42CrMo钢受到钎焊过程高温加热导致硬度降低的影响，更易被磨损。采煤机截齿母材磨损后，硬质合金失去了支撑体，造成硬质合金的脱落，造成截齿的快速失效。为了延长截齿使用寿命，为了更好的保护硬质合金，采煤机截齿生产商会在截齿硬质合金周围堆焊耐磨层。 煤截齿耐磨堆焊层以其良好的综合抗损性能，保护截齿头免遭强烈的磨损而过早失效，在机械化综合采煤生产作业中获得了推广应用。 图 1 磨损后的截齿 1常用截齿耐磨材料分析 目前常用截齿堆焊耐磨材料主要是马氏体和高铬堆焊合金，对于马氏体堆焊合金（Ｄ３１７，Ｄ３２７，ＤＧ７等）耐磨性主要决定于堆焊层中Fe-Cr-Mo-C固溶所形成的马氏体来抵抗磨损。但由于马氏体显微硬度（800Hv）远远低于物料的显微硬度（2400Hv），且堆焊层中无耐磨碳化物存在，因此使用效果不理想。高铬Fe-Cr-C合金系（Ｄ６８８，Ｄ６３８等），依靠堆焊层中形成的Cr7C3作为耐磨硬质相抵抗磨损，与马氏体合金相比由于具有碳化物，因此耐磨性有了提高，但此类堆焊合金焊后表面会开裂，在截齿工作中遇到冲击焊缝会脱落。另外，Cr7C3显微硬度仅为1500HV，远低于SiO2和Al3O2显微硬度，磨损仍很严重，使用效果也不理想。而碳化铌形状近似为长约5微米的正方形，不会贯穿整个焊缝，因此对堆焊基体的割裂作用小，提高焊缝韧性。 新开发的含碳化铌硬质相的采煤机截齿堆焊焊丝实现了高硬度，无裂纹，耐冲击的堆焊性能。 ２ 试验方法 ２.1 硬度及金相组织 试验试板材质为４２ＣｒＭｏ钢，堆焊设备为上海通用KR500二氧化碳气体保护焊机，堆焊工艺见图2和表１，空冷后磨平，利用HR-150多功能数字硬度计对堆焊层进行洛氏硬度测试，根据GB8640-88规定，每个试样测定五个点， 取平均值，实验采用金刚石压头，载荷为150Kg，加载时间为5s，恢复时间为3s。其中测定点之间的距离或任一测定点距试样边缘的距离不小于3mm。每个试样测试五个点，取平均值。 表1 堆焊工艺参数 电流/A 电压/A 干伸长/mm 电弧 飞溅 裂纹 成型 220～28～315～2稳定 很小 无 良好 图2 采用二氧化碳气体保护焊堆焊截齿 堆焊层的组织测试首先采用金相切割机、金相镶样机、预磨机、抛光机等设备进行金相试样的制备，然后利用4X1、ols3000及MPEG3等型号显微镜进行组织观察与图像采集。 3.2磨粒磨损 在堆焊层表面利用线切割方法制取尺寸为57mm×25mm×5mm的磨损试验试样。磨粒磨损试验采用MLS-225型湿式橡胶轮磨粒磨损试验机，验参数如下：橡胶轮转速为240、橡胶轮硬度60（邵尔硬度）、载荷为磨料为～的石英砂、预磨转，精磨000转。10微米，与高铬碳化物（40～60 图 新型碳化铌堆焊层金相组织 新型碳化铌堆焊层硬度如表2所示，碳化铌硬质相的存在，使堆焊层硬度较高。马氏体堆焊合金与高铬堆焊合金由于显微硬度低，因此宏观硬度只能达到55～6HRC之间，而新型碳化铌堆焊层由于高硬度碳化铌的存在，硬度最高可以达到65HRC,均硬度大于64HRC。 表2 堆焊层宏观硬度（HRC） 测试点 1 2 3 4 5 硬度值 62.0 63.0 64.2 64.5 65.1 3.2磨粒磨损实验结果 实验编号KB代表含碳化铌堆焊合金。以马氏体堆焊合金作为基准式样。实验结果表明，含碳化铌的KB600堆焊合金与马氏体合金和高铬合金相比，由于高硬度碳化铌的加入，耐磨性得到很大的提高，如表3所示。 表3 磨粒磨损实验结果 试样编号 磨损量（克） 平均磨损量（克） 相对耐磨性