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一种一体式高耐磨截齿及其制备方法

阅读:626发布:2022-01-17

专利汇可以提供一种一体式高耐磨截齿及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种一体式高耐磨截齿及其制备方法。所述一体式高耐磨截齿包括齿尖、齿身、齿肩和齿柄;齿尖、齿身、齿肩和齿柄均由 钢 结硬质 合金 / 不锈钢 合金或钢结硬质合金/ 碳 钢合金制成;钢结硬质合金/不锈钢合金指的是钢结硬质合金与不锈钢的 复合材料 ,钢结硬质合金/ 碳钢 合金指的是钢结硬质合金与碳钢的复合材料;由齿尖至所述齿柄,钢结硬质合金/不锈钢合金或钢结硬质合金/碳钢合金中,钢结硬质合金的 质量 百分含量逐渐降低。本发明通过粉末 冶金 加压的方法减少了后期机加工的工作量,提高了截齿整体的 耐磨性 。本发明通过应用硬质合金与钢结硬质合金等耐磨合金、不锈钢和碳钢,降低了生产截齿与采 煤 、掘进的成本,提高了截齿的耐磨性。,下面是一种一体式高耐磨截齿及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种一体式高耐磨截齿,包括齿尖、齿身、齿肩和齿柄;其特征在于:
所述齿尖、所述齿身、所述齿肩和所述齿柄均由结硬质合金/不锈钢合金或钢结硬质合金/钢合金制成;所述钢结硬质合金/不锈钢合金指的是钢结硬质合金与不锈钢的复合材料,所述钢结硬质合金/碳钢合金指的是钢结硬质合金与碳钢的复合材料;
由所述齿尖至所述齿柄,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量逐渐降低。
2.根据权利要求1所述的一体式高耐磨截齿,其特征在于:由所述齿尖至所述齿柄,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量由100%至0%之间变化。
3.根据权利要求1或2所述的一体式高耐磨截齿,其特征在于:所述齿尖中,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量为80%~100%。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一体式高耐磨截齿,其特征在于:所述齿身中,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量为75%~80%。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一体式高耐磨截齿,其特征在于:所述齿肩中,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量为40%~45%。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一体式高耐磨截齿,其特征在于:所述齿柄中,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量为0%。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一体式高耐磨截齿,其特征在于:所述钢结硬质合金的硬质相为碳化或碳化钨,粘结相为锰,粘结剂为镍、钼和钴;
所述硬质相的质量百分含量为15%~85%;
所述粘结相的质量百分含量为10%~75%;
所述粘结剂的质量百分含量为0.5%~5%。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一体式高耐磨截齿,其特征在于:所述一体式高耐磨截齿由粉末冶金的方法制备。
9.权利要求1-8中任一项所述一体式高耐磨截齿的制备方法,包括压制或冷等静压的步骤;
所述压制包括如下步骤:按照所述一体式高耐磨截齿的所述齿尖、所述齿身、所述齿肩和所述齿柄的原料组成,配置粉料;将所述粉料经压制成型得到生坯;所述生坯经烧结得到毛坯;所述毛坯经机械加工即得到所述一体式高耐磨截齿。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于:所述压制的压为100~3000MPa;
所述烧结在还原气氛或真空烧结炉中进行;
所述烧结的温度为1000℃~1500℃;
所述烧结步骤在所述真空烧结炉中进行,按照如下方案控制所述真空烧结炉的升温速率:
以1.5~10℃/min的升温速率升至500℃,以0.8~9℃/min的升温速率升至500℃~
1000℃,以1.5~10℃/min的升温速率升至1000℃~1500℃。

说明书全文

一种一体式高耐磨截齿及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种一体式高耐磨截齿及其制备方法,属于粉末冶金成型与烧结技术领域。

背景技术

[0002] 截齿作为矿山机械工程的耐磨零件,其主要应用于采机与掘进机。截齿是装载在采掘机滚筒上面的一种割煤刀具。它承担着采掘过程中的主要负荷。在开采煤炭的过程中,复杂的环境导致采煤机的截齿磨损极大。实际开采过程中,当截齿刀体磨损到一定程度时,硬质合金刀头受到弯曲应导致刀体脱落。其表现形式为:刀体上出现梨沟;硬质合金刀头被磨平;硬质合金刀头在焊接位置开裂并脱落;硬质合金刀头破碎。刀头的碎裂是由于石墨杂质导致晶粒分布不均匀,致使在遇到坚硬的煤岩时因为韧性不足而脆裂。刀体脱落是因为锌钎料与硬质合金、基体金属的膨胀系数差异很大,在冷却过程中收缩程度不同造成了三者之间的应力,导致焊缝强度下降。
[0003] 因此开发一种高耐磨、低成本、寿命长的截齿对于煤炭的现代化开采极其重要。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种一体式高耐磨截齿及其制备方法,解决了目前截齿使用寿命短的问题从而降低采煤与掘进的成本。
[0005] 本发明首先提供一种一体式高耐磨截齿,由上至下包括齿尖、齿身、齿肩和齿柄;
[0006] 所述齿尖、所述齿身、所述齿肩和所述齿柄均由结硬质合金/不锈钢合金或钢结硬质合金/钢合金制成;所述钢结硬质合金/不锈钢合金指的是钢结硬质合金与不锈钢的复合材料,所述钢结硬质合金/碳钢合金指的是钢结硬质合金与碳钢的复合材料;
[0007] 由所述齿尖至所述齿柄,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量逐渐降低。
[0008] 上述的一体式高耐磨截齿中,由所述齿尖至所述齿柄,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量由100%至0%之间变化。
[0009] 上述的一体式高耐磨截齿中,所述齿尖中,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量可为80%~100%,具体可为1000。
[0010] 上述的一体式高耐磨截齿中,所述齿身中,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量可为75%~80%,具体可为75%或80%。
[0011] 上述的一体式高耐磨截齿中,所述齿肩中,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量为40%~45%,具体可为40%或45%。
[0012] 上述的一体式高耐磨截齿中,所述齿柄中,所述钢结硬质合金/不锈钢合金或所述钢结硬质合金/碳钢合金中,所述钢结硬质合金的质量百分含量为0%。
[0013] 上述的一体式高耐磨截齿中,所述碳钢的碳含量为0.2%~5%(wt)。
[0014] 上述的一体式高耐磨截齿中,所述钢结硬质合金的硬质相可为碳化或碳化钨,粘结相可为锰,粘结剂可为镍、钼和钴;
[0015] 所述硬质相的质量百分含量可为15%~85%,具体可为50%~55%、50%或55%;
[0016] 所述粘结相的质量百分含量可为10%~75%,具体可为43%~46%、43%或46%;
[0017] 所述粘结剂的质量百分含量可为0.5%~5%,具体可为2%~4%、2%或4%。
[0018] 本发明一体式高耐磨截齿由粉末冶金的方法制备,因此无需焊接或铸造,其中包括压制或冷等静压等步骤。
[0019] 由上述技术方案可以看出,制成本发明一体式高耐磨截齿的齿尖、齿身、齿肩和齿柄的原料的成分是梯度分布的,具体是通过粉料的梯度分布实现。
[0020] 本发明进一步提高了所述一体式高耐磨截齿的制备方法,采用压制的方法制备,包括如下步骤:按照所述一体式高耐磨截齿的所述齿尖、所述齿身、所述齿肩和所述齿柄的原料组成,配置粉料;将所述粉料经压制成型得到生坯;所述生坯经烧结得到毛坯;所述毛坯经机械加工即得到所述一体式高耐磨截齿。
[0021] 上述的制备方法中,所述压制的压力可为100~3000MPa,具体可为600~800MPa、600MPa或800MPa。
[0022] 上述的制备方法中,所述烧结可在还原气氛或真空烧结炉中进行;
[0023] 所述烧结的温度可为1000℃~1500℃。
[0024] 上述的制备方法中,所述烧结步骤在所述真空烧结炉中进行,按照如下方案控制所述真空烧结炉的升温速率:
[0025] 以1.5~10℃/min的升温速率升至500℃,以0.8~9℃/min的升温速率升至500℃~1000℃,以1.5~10℃/min的升温速率升至1000℃~1500℃,如:以3℃/min加热到500℃,以2.5℃/min加热到1000℃,以2℃/min加热到1400℃。
[0026] 通过本发明制备得到的截齿,其外形尺寸与现有的截齿无异,但是提高了整体的耐磨性、延长了使用寿命并降低了生产与应用成本。因此本发明解决了以下技术问题:截齿刀头本身的脆裂、齿尖与齿身之间焊缝处的断裂、齿身与齿肩部分在应用过程中易磨损。
[0027] 本发明取得了如下有益效果:
[0028] 1、本发明通过粉末冶金加压的方法减少了后期机加工的工作量,提高了截齿整体的耐磨性。
[0029] 2、本发明通过整体的成分梯度分布增强了齿尖与齿身部分的耐磨性,克服了传统方法制备的截齿齿身不耐磨以及焊缝处断裂的缺陷
[0030] 3、本发明通过应用硬质合金与钢结硬质合金等耐磨合金、不锈钢和碳钢,降低了生产截齿与采煤、掘进的成本,提高了截齿的耐磨性。附图说明
[0031] 图1为截齿的结构示意图。
[0032] 图中各标记如下:
[0033] 1齿尖、2齿身、3齿肩、4齿柄。

具体实施方式

[0034] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
[0035] 下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
[0036] 实施例1、截齿的制备及性能测试
[0037] 截齿的结构示意图如图1所示。
[0038] 各部件的原料组成如下:
[0039] 齿尖1的原料:钢结硬质合金,其成分(重量百分比)如下:碳化钛:50%,锰铁:46%,镍:1%,钼:2.5%,钴:0.5%;
[0040] 齿身2的原料:钢结硬质合金与304不锈钢组成的复合材料,其中304不锈钢的质量百分含量为20%;
[0041] 齿肩3的原料:钢结硬质合金与304不锈钢组成的复合材料,其中钢结硬质合金的质量百分含量为40%;
[0042] 齿柄4的原料:304不锈钢。
[0043] 按照下述方法制备一体式高耐磨截齿:
[0044] 首先按照上述原料组成配置粉料。将粉料送入压机,在800MPa的压力下成型为生坯。生坯在真空烧结炉中以3℃/min加热到500℃;以2.5℃/min加热到1000℃;以2℃/min加热到1400℃生成毛坯。毛坯经过金刚石磨床机加工后达到图纸所需尺寸,再经过砂轮打磨得到重量为630克采煤机截齿。
[0045] 将10件本实施例制备的截齿与凯南牌截齿(购自凯南麦特有限公司)在北京科技大学进行耐磨性检测,在山东聊城采煤现场试用,取平均值,其齿尖与齿肩/齿身部分性能与使用寿命对比如表1中所示。
[0046] 各指标的测定方法如下:
[0047] 硬度采用五点法测试。
[0048] 冲击韧性采用V型缺口冲击试验测试。
[0049] 表1本发明截齿与现有截齿的性能和使用寿命对比
[0050]
[0051] 由表1中的数据可以看出,在硬度、耐磨性指标上,本发明截齿均显著优于现有产品。
[0052] 实施例2、截齿的制备及性能测试
[0053] 截齿的结构示意图如图1所示。
[0054] 各部件的原料组成如下:
[0055] 齿尖1的原料:钢结硬质合金,其成分(重量百分比)如下:碳化钛:55%,锰铁:43%,镍:0.5%,钼:0.5%,钴:1%;
[0056] 齿身2的原料:钢结硬质合金与304不锈钢组成的复合材料,其中304不锈钢的质量百分含量为25%;
[0057] 齿肩3的原料:钢结硬质合金与304不锈钢组成的复合材料,其中钢结硬质合金的质量百分含量为45%;
[0058] 齿柄4的原料:中碳钢。
[0059] 按照下述方法制备一体式高耐磨截齿:
[0060] 首先按照上述原料组成配置粉料。将粉料送入压机,在600MPa的压力下成型为生坯。生坯在真空烧结炉中以3℃/min加热到500℃;以2.5℃/min加热到1000℃;以2℃/min加热到1400℃生成毛坯。毛坯经过金刚石磨床机加工后达到图纸所需尺寸,再经过砂轮打磨得到重量为630克采煤机截齿。
[0061] 将10件本实施例制备的截齿与凯南牌截齿(购自凯南麦特有限公司)在北京科技大学进行耐磨性检测,在山东聊城采煤现场试用,取平均值,其齿尖与齿肩/齿身部分性能与使用寿命对比如表2中所示。
[0062] 各指标的测定方法如下:
[0063] 硬度采用五点法测试。
[0064] 冲击韧性采用V型缺口冲击试验测试。
[0065] 表2本发明截齿与现有截齿的性能和使用寿命对比
[0066]
[0067] 由表2中的数据可以看出,本发明截齿专利无论是从硬度、耐磨性上都显著高于现有产品。
[0068] 由上述各实施例可以看出,本发明方法制备的截齿,其中的齿尖与齿身通过粉末冶金的方式紧密结合,有效防止了齿尖与齿身之间的脆裂。相较于传统工艺生产的截齿,本发明通过钢结硬质合金与不锈钢的应用提高了截齿整体的耐磨性,降低了截齿的生产成本同时延长了其使用寿命。
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