一种一体式高耐磨截齿及其制备方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
_种_体式局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，其主要应用于采煤机与掘进机。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力导致刀体脱落。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 是因为铜锌钎料与硬质合金、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钢结硬质合金/不锈钢合金或钢结 硬质合金/碳钢合金制成;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%至〇% 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〇%。
[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钛或碳化钨， 粘结相可为锰铁，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1 〇〇〇 r~1500 r。
[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°C/min的升温速率升至500°C，以0.8~9°C/min的升温速率升至500°C ~1000°C，以1.5~10°C/min的升温速率升至1000°C~1500°C，如：以3°C/min加热到500°C， 以 2.5 °C /min加热到 1000 °C，以 2 °C /min加热到 1400 °C。
[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SOOMPa的压力下成型为生 坯。生坯在真空烧结炉中以3°C/min加热到500°C ;以2.5°C/min加热到1000°C ;以2°C/min加 热到1400°C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
[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°C/min加热到500°C ;以2.5°C/min加热到1000°C ;以2°C/min加 热到1400°C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
[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。
【主权项】
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钢结硬质合金/不锈钢合金或钢结硬质 合金/碳钢合金制成;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%至〇%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 百分含量为〇%。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 金的硬质相为碳化钛或碳化钨，粘结相为锰铁，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:所述压制的压力为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 °C~1500 °C ; 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°C/min的升温速率升至500°C，以0.8~9°C/min的升温速率升至500°C~
【文档编号】B22F3/10GK105840192SQ201610250635
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】郭雷辰, 杨芳, 陈存广, 张欣悦, 陈文 , 陈华, 吴成义, 郭志猛, 郝俊杰, 邵慧萍, 罗骥, 马克.巴克, 程军, 韩青有, 王晓明, 赵旭哲, 赵翔, 王海英, 刘莎, 董广乐, 牟维国, 龙海明, 李国平, 郭丽波, 孙海身, 张雷, 邓成明, 苏峰, 曹慧钦, 杨薇薇, 芦博昕, 柏鉴玲, 叶青, 盛艳伟, 石涛, 纪振辉, 李沛, 韩强, 叶安平, 许恩恩, 贾婷婷, 罗萍萍, 毛瑞奇, 张帅, 孙海霞, 李琴
【申请人】莱芜金物新材料科技有限公司