硬巖截齒的研究與熱處理一體化工藝

　目前g內市場上的截齒強度普遍較低，大都用于截割煤巖、半煤巖。而截割全巖、硬巖用的截齒只能依賴進口。但進口截齒價格昂貴，隨著我g煤炭產量的上升，每年為購買進口截齒花費了大量外匯，這就迫切需要采用新技術、新材料研制出高強度截齒，以滿足煤炭采掘行業快速發展的需求。為此，我公司采用g產合金頭進行焊接工藝的研究，以獲得高強度的硬巖截齒。同時在硬巖截齒的領域也獲得了重大的成就。買硬巖截齒就選山德維克。以下就是我們具體的研究方法與一體化工藝的部分過程：

　　1 試驗材料和方法

　　本次試驗采用了牡丹江北方合金有限公司新研制的BG35型合金頭和45CrMo合金鋼作為基體材料，通過中頻感應釬焊-熱處理一體化的方法獲得一種高強度硬巖截齒。

　　1.1 試驗材料

　　采用g產45CrMo合金鋼為齒體材料，齒頭采用BG35硬質合金，釬焊選用HL801片狀銅鋅釬料，釬焊選用FB105(硼砂+硼酸+氟化鉀)。

　　1.2 試驗方法

　　(1) 齒體制作試樣將42CrMo合金鋼冷鐓成鎬型齒體，并車削齒孔(要求表面粗糙度R 6.3，因為焊接表面粗糙度太低，毛細作用難以進行，釬料難以潤濕)。分別制作4種間隙尺寸的試樣，如下。

　　齒體試樣尺寸　　試樣間隙/mm   齒柄Z徑/mm     截齒長度/mm      數量/件

　　       1*                       0.1                      30                      152                    3

　　       2*                      0.2                       30                      152                    3

　　       3*                      0.3                       30                      152                    3  

　　       4*                      0.4                       30                      152                    3

　　(2) 焊前清理

　　硬質合金頭用磨片去除表面疏松的氧化表皮，清理油污，然后經翻斗研磨拋光鈍化處理，用清水清洗，置于50%的硼砂溶液中煮沸5min，烘干，烘干溫度100~120℃，齒孔部分用HC1水溶液酸洗，酸洗溫度40~60℃，酸洗時間10~20min。酸洗后再用棉布蘸丙酮擦拭干凈。

　　(3) 釬焊和熱處理

　　將片狀的釬焊料預先放置到齒孔的底部，然后將清洗好的齒孔、合金頭進行裝配，利用可控硅中頻發生裝置進行齒頭的感應釬焊。焊后分別采用分級淬火和等溫淬火和壓溫淬火3種方式進行淬火處理，淬火后低溫回火去除淬火應力。

　　(4) 焊縫充滿度觀察及計算

　　縱向及橫向剖切截齒取樣，用5倍放大鏡觀察焊縫并測量實際長度，焊縫充滿度

　　A=L/x100%

　　式中 L——縱、橫兩截面上實測有用焊縫長度之和;

　　——縱、橫兩截面上理論計算長度之和。

　　(5) 剪切強度試驗

　　按照MT246-2006<煤礦用截齒>推薦的方法分別對截齒進行釬縫抗剪強度試驗。

　　(6) 硬度試驗

　　按照GB/T230.1-2004<金屬洛氏硬度試驗>的方法分別對截齒齒頭部分取樣進行洛氏硬度試驗。

　　2、 試驗結果及分析

　　釬焊時，加熱變成液體的釬料不是沿固態母體表面自由鋪展，而是填滿釬縫的全部間隙。由于釬焊的間隙很小，類似毛細管，釬料是依靠毛細作用在釬縫間隙內流動的。因此，釬料能否填滿釬縫取決于它在母體間隙中的毛細流動特征。截齒釬焊焊縫間隙的大小是影響焊縫致密性和焊縫強度的關鍵因素，如果間隙太小，會妨礙釬焊料流入，而間隙過大，則又會破壞釬焊縫的毛細管作用，使釬料不能填滿焊縫間隙。截齒的釬焊是合金鋼與硬質合金的異種材料焊接，考慮硬質合金的線膨脹系數是鋼的1/2~1/3，因此釬焊縫間隙應比鋼與鋼焊接時稍小。通過對4組不同間隙焊縫的試驗研究，獲得試驗結果如下。

　　 截齒試驗結果記錄

　　試樣                                   間隙/mm                     焊縫充滿度/%                   抗剪強度/MPa

　        　1-1*                              0.1                                83.5                                      260.4

　        　1-2*                              0.1                                81.1                                      246.1

　　        1-3*                              0.1                                80.2                                      240.7

　        　2-1*                              0.2                                97.3                                      327.5

　        　2-2*                              0.2                                96.2                                      320.4

　        　2-3*                              0.2                                95.8                                      311.5

　　        3-1*                              0.3                                96.3                                      292.1

　　        3-2*                              0.3                                98.1                                      306.2

　        　3-3*                              0.3                                94.7                                      290.5

　　        4-1*                              0.4                                89.2                                      280.2

　　        4-2*                              0.4                                88.4                                      277.3

　　　　4-3*                              0.4                                90.8                                      281.5

　　由此可見，釬焊時焊縫間隙越小，焊料越容易充滿焊縫，焊接強度愈高，但焊接應力愈高，反之亦然。這是由于基本金屬強度比釬料高，處于狹小間隙中的釬料層在發生塑性變形時，收到高強度的基體金屬的限制，在其接頭中形成了比較復雜的內應力，結果時接頭強度隨著間隙的減小而增大，同時，卻因焊縫塑性變形能力的減弱而使焊縫接應力升高。但是，若焊縫間隙過小時，合金片與鋼體在有些地方甚至會緊密接觸，從而釬料熔化后不能鋪展到整個焊接表面，使接頭強度降低。間隙過大時，焊后基體對焊縫的支持作用減弱，以及大間隙中焊料呈柱狀鑄造組織，晶粒粗大，組織疏松，強度和韌性較差，導致接頭強度下降。

　　釬焊時一般都發生母材向液態釬料的溶解過程。母材向釬料的適量溶解，可使釬料成分合金化，有利于提高接頭強度。隨著釬焊溫度的提高，保溫時間的延長，母材在液態釬料中的溶解量都將增多。但是，母材的過度溶解會時液態釬料的熔點和粘度提高，流動性變壞，往往導致不能填滿釬縫間隙，因此釬焊時間要根據基體材料和釬料的不同適當進行選擇。

　　截齒頭部在經歷了釬焊時的高溫作用后表面硬度會有所下降，尤其是作為齒體材料的42CrMo合金鋼焊后硬度下降幅度較大。按照煤炭行業截齒生產標準規定：截齒齒體硬度為HRC40~45，抗沖擊韌性不小于49J/c.而作為截割硬巖用的高強度截齒，更是要求截齒頭部硬度要達到HRC50以上，抗沖擊韌性達到49J/c以上。而作為截割硬巖用的高強度截齒，更是要求截齒頭部硬度要達到HRC50以上，抗沖擊韌性達到49J/c以上。因此，截齒頭部齒體部分釬焊后b須進行熱處理，以獲得高硬度和良好的抗沖擊能量。

　　本次試驗分別采用了分級淬火、等溫淬火和亞溫淬火3種方式來提高截齒頭部的硬度。分級淬火工藝;焊后空冷到880℃后將截齒放入300℃的鹽槽中冷卻，保持2h，然后取出空冷。亞溫淬火工藝;焊后空冷到830℃后將截齒進行260℃的水冷，然后取出空冷。試驗結果見下。

　　熱處理試驗結果記錄

　　試樣                     淬火方式                      硬度 HRC                   抗沖擊韌性A/J.c

　　2-1*                      分級淬火                          58                                     34

　　2-2*                     等溫淬火                          48                                      60

　　2-3*                     亞溫淬火                          54                                      66

　　截齒分級淬火是在截齒頭部材質為42rMo合金鋼齒體發生奧氏體轉變后，侵入等于馬氏體轉變溫度M，點溫度的鹽槽中保持一段時間，使截齒整體達到介質溫度后取出空冷以獲得馬氏體組織，獲得的馬氏體組織的截齒頭部硬度較高，但是出于馬氏體韌性很差，所以截齒抗沖擊性能達不到要求。截齒等溫淬火是在45CrMo合金鋼齒體發生奧氏體轉變后快冷到貝氏體溫度區間等溫保持，使奧氏體轉變成貝氏體。貝氏體組織的截齒韌性雖然有很大提升，但是硬度為260℃，而沒選用常規等溫淬火溫度880℃，這主要考慮在滿足設計要求的條件下選用低的淬火溫度和下限等溫溫度，這樣盡可能遠離釬料的熔點。
通過以上實驗也使我公司在生產硬巖截齒方面取得了很大的成果，同時也為我g生產煤炭節約成本做出了特定的貢獻，買硬巖截齒就選山德維克，打不動，不不易磨損，找我！