专利名称：孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿及其制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采煤、采矿、钻井设备用的截齿，尤其涉及一种孕 镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿，本发明还涉及该孕镶金刚石-硬质合金 强耐磨截齿的制作工艺。
背景技术：
常规的截齿是在齿头部位焊上硬质合金齿尖，截齿钢体齿身由特殊
钢(如30CrMnTi、 30CrMnSi等)制成。由于截齿钢体齿身的材料硬度 大大低于硬质合金齿头，易于磨损，所以常出现硬质合金齿头突出、脱 落、脱焊并在切削过程中与钢体齿身折断等现象，造成截齿使用寿命较 低。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种工作效率高和使用 寿命长的孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供该孕镶金刚石-硬质合金 强耐磨截齿的简单快捷的制作工艺。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的孕镶金刚石-硬质合 金强耐磨截齿，包括钢体齿身、齿头和硬质合金齿尖，所述的钢体齿身 和所述的齿头以及硬质合金齿尖直接通过粉末冶金的方法，利用热压工 艺烧结成为一体；所述齿头的原料包括胎体粉末和超硬磨料；所述胎体 粉末含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉和碳化钨粉末，所 述胎体粉末颗粒直径不大于0.074mm，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉 和铬粉五种金属粉的总重量占胎体粉末总重量的10% 60%，铜粉和锡粉 的总重量占胎体粉末总重量的10% 40%，碳化钨粉末重量占胎体粉末总 重量的20% 80%;所述超硬磨料采用金刚石，金刚石颗粒度为0.42mm 0.074mm，金刚石的体积占所述齿头体积的比例为5% 50%。
进一步，采用钴、镍、铁、锰和辂的预合金粉末代替全部或者部分 所述钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉；采用铜和锡的预合金 粉末代替全部或者部分铜粉和锡粉；采用碳化二钨粉末代替全部或者部 分碳化钩粉末。
本发明提供的孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿的制作工艺，按以下 步骤依次进行
a、胎体粉末混料
按配方取胎体粉末原料，然后采用球磨混料机混料，对混好后的胎 体粉料干燥密封保存；
4b、 工作层料配混
按配方取超硬磨料和a步骤混好胎体粉末，按胎体粉末质量总量的 1% 2%称取润湿剂，润湿剂采用甘油、石蜡、机油和酒精中的一种或 者两种以上混合物，将超硬磨料、胎体粉末和润湿剂混合均匀；
c、 热压烧结成型
先将模具、钢体齿身3以及硬质合金齿尖1进行装配，然后将经过 b步骤的超硬磨料和胎体粉末的混合料装入模具并送入压力机预压，接 着通电热压，最后进行保温保压，其中通电热压时压力为2 5MPa，烧 结温度为900 1100°C，保温保压和烧结时间为5 10分钟；
d、 喷砂
在喷砂机上对热压成型的齿头进行喷砂。
在a步骤中，先将符合配方的胎体粉末原料用手工在器皿中搅拌， 然后在用球磨混料机混料；用球磨混料机混料时，依据胎体粉末原料和 混料球的总体积为球罐容积的50% 70%选择球磨机，按照胎体粉末原料 质量和混料球质量比为l: 1 1.5的比例称取混料球，混料球采用硬质 合金球，并选取大小不同的球径混合搭配使用，混料机转速选择为每分 钟30 100转，混料时间1 4小时；最后停机，将混合后的胎体粉末 和球过筛分开。
在步骤b中，采用混料机将超硬磨料、胎体粉末和润湿剂混合均匀， 具体包括以下步骤
第一步将称量好的胎体粉末倒入混料机料筒，摊平，在料中间压 出一凹坑；
第二步把超硬磨料倒入凹坑中，再把润湿剂倒在超硬磨料中，使 超硬磨料全部湿润；
第三步手工反复搅拌超硬材料和胎体粉末，倒出过筛后，再倒回 混料机料筒中；
第四步往混料机料筒内放入长度为200腿左右的钢链3 4根，盖 好混料机料筒盖，开机混料，混料时间为30 60分钟，混料机的转速 每分钟40 100转；
第五步停机检测，目测粉料有无色斑、结团，混料是否均匀。 本发明的有益效果是
采用上述技术方案的孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿，由于齿头 中部加入了硬质合金齿尖，提高了截齿的耐磨性、工作效率和使用寿命， 齿头、钢体齿身和硬质合金齿尖通过粉末冶金的方法，利用热压工艺烧 结为一体，代替了常规的将硬质合金直接焊接在钢体齿身的制造方法， 避免了齿头与钢体齿身折断与脱落现象的发生，能实现大幅度提高截齿 的工作效率和延长使用寿命的孕镶金刚石硬质合金强耐磨截齿，其制作
工艺简单快捷o
综上所述，本发明是一种工作效率高和使用寿命长的孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿，其制作工艺简单快捷。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，钢体齿身3，齿头2和硬质合金齿尖1直接通过粉末 冶金的方法，采用热压工艺烧结成为一体；齿头2除了含普通的胎体金 属和非金属粉末之外，还添加了超硬磨料金刚石成分，也就是说齿头2 的原料包括胎体粉末和超硬磨料，超硬磨料采用金刚石；胎体粉末含钴 粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉和碳化钨粉末，胎体粉末颗 粒直径不大于0.074mm，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金 属粉的总重量占胎体粉末总重量的10% 60%，铜粉和锡粉的总重量占胎 体粉末总重量的10% 40%，碳化钨粉末重量占胎体粉末总重量的20% 80%;，金刚石颗粒度为0.42mm 0. 074mm，金刚石的体积占齿头2体积 的比例控制在5% 50%之间。
很明显，还可以采用钴、镍、铁、锰和铬的预合金粉末代替全部或 者部分钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉；采用铜和锡的预合 金粉末代替全部或者部分铜粉和锡粉；采用碳化二钨粉末代替全部或者 部分碳化鸨粉末。
具体实施时孕镶金刚石硬质合金强耐磨截齿的制作步骤如下
① 、确定胎体成分和超硬磨料配方
胎体含钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉、碳化钨、和 碳化二钨，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉、铬粉或他们的预合金粉末 质量占10% 60%，铜粉、锡粉或他们的预合金粉末质量占10% 40%， 碳化钨、碳化二钨粉末质量占20% 80%，所用胎体粉末颗粒直径为 0.074mm以下；超硬磨料为金刚石，金刚石的体积占齿头2体积的比例 控制在5% 50%之间，颗粒度为0. 42mm 0. 074mm。
② 、胎体粉末混料
根据配方计算出胎体粉料中每种成分的用量，用药物天平或台称准 确称量，放入各自的盛器皿中，复核确认无误后，倒在一起进行混合， 再将称量好的混料装入混料设备中进行机械混合，混料设备为球磨混料 机，混好后的胎体粉料立即装入干燥器皿内密封保存。
其球磨混料工艺为
第一步将准确称量的胎体粉末先用手工在盛器皿中搅拌；
第二步根据混料总量，依据料和球的总体积为球罐容积的50% 70%选择合适的球磨机；
第三步根据料重，称取硬质合金球，按球料质量比U 1.5): 1 称取，为使料混得均匀，球径采用大中小搭配；
第四步按工艺要求，选择好混料机的转速，确定好时间，开机混
6料， 一般转速选择为30 100rpm，混料时间l 4h;
第五步停机，将料和球用粗筛分开，将料准确称量，估算损耗并 复核是否与第一步的量吻合。
③ 、工作层料的配混工艺
本发明中齿头2的工作层是胎体粉末中含有超硬磨料金刚石。按 配方要求称取超硬磨料金刚石和胎体粉末，按胎体粉末质量总量的1% 2%称取润湿剂，润湿剂用甘油、石蜡、机油、酒精或它们的混合物， 其作用是使超硬磨料和胎体粉末之间混合均匀，不因两者之间的密度不 同产生偏析和浮选。
混制步骤为
第一步将称量好的胎体粉末倒入料筒，扒平后用钢勺在料中间压 出一凹坑；
第二步把超硬磨料倒入凹坑中，再把润湿剂倒在超硬磨料金刚石 中，使超硬磨料全金刚石部湿润；
第三步用钢勺将料反复搅拌，倒出过筛后再倒回料筒中，过筛有 利于混料更均匀；
第四步放入长度为200mm左右钢链3 4根，盖好料筒盖，开机 混料， 一般混料时间为30 60min，混料机的转速40 100rpm;
第五步停机检测，目测粉料有无色斑、结团、磨料是否均匀等。
④ 、热压烧结成型
热压烧结的工艺步骤为石墨模具检査一在模壁上涂脱模剂一装料 一垫上绝热隔板一送入压力机预压一通电加热加压一保温保压一卸压 —冷却一脱模；先将石墨模具、钢体齿身3以及硬质合金齿尖1进行装 配，然后将超硬磨料和胎体粉末的混合料装入模具并送入压力机预压， 接着通电热压，最后进行保温保压，采用的保压压力为2 5MPa，烧结 温度为900 1100°C，保温保压时间为5 10min;
⑤ 、喷砂
齿头2烧结完成后，对其进行喷砂，喷砂工序在喷砂机上进行。 第一步喷砂前必须检査设备运行情况工作时，必须戴好防尘口罩 和防护眼镜；
第二步加工小的工件时， 一手拿工件一手控制喷枪；加工重的工 件时，将其放在旋转工作台上，在其上方来控制喷枪。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限 制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同 替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的 权利要求范围当中。
权利要求
1、一种孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿，包括钢体齿身(3)、齿头(2)和硬质合金齿尖(1)，其特征在于所述的钢体齿身(3)和所述的齿头(2)以及所述的硬质合金齿尖(1)是直接通过粉末冶金的方法，利用热压工艺烧结成为一体；所述齿头(2)的原料包括胎体粉末和超硬磨料，所述胎体粉末为钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉和碳化钨粉末或采用钴、镍、铁、锰和铬的预合金粉末代替全部或者部分所述钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉，采用铜和锡的预合金粉末代替全部或者部分铜粉和锡粉，采用碳化二钨粉末代替全部或者部分碳化钨粉末，所述胎体粉末颗粒直径不大于0.074mm，其中，钴粉、镍粉、铁粉、锰粉和铬粉五种金属粉的总重量占胎体粉末总重量的10％～60％，铜粉和锡粉的总重量占胎体粉末总重量的10％～40％，碳化钨粉末重量占胎体粉末总重量的20％～80％；所述超硬磨料采用金刚石，金刚石颗粒度为0.42mm～0.074mm，金刚石的体积占所述齿头2体积的比例为5％～50％。
2、 制作权利要求1所述的孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿的工艺， 其特征在于按以下步骤依次进行a、 胎体粉末混料按配方取胎体粉末原料，然后采用球磨混料机混料，对混好后的胎 体粉料干燥密封保存；b、 工作层料配混按配方取超硬磨料和a步骤混好胎体粉末，按胎体粉末质量总量的 1% 2%称取润湿剂，润湿剂采用甘油、石蜡、机油和酒精中的一种或 者两种以上混合物，将超硬磨料、胎体粉末和润湿剂混合均匀；c、 热压烧结成型先将模具、钢体齿身3以及硬质合金齿尖1进行装配，然后将经过 b步骤的超硬磨料和胎体粉末的混合料装入模具并送入压力机预压，接 着通电热压，最后进行保温保压，其中通电热压时压力为2 5MPa，烧 结温度为900 1100°C，保温保压和烧结时间为5 10分钟；d、 喷砂在喷砂机上对热压成型的齿头进行喷砂。
3、 根据权利要求2所述的孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿的制作 工艺，其特征在于在a步骤中，先将符合配方的胎体粉末原料用手工在器皿中搅拌， 然后在用球磨混料机混料；用球磨混料机混料时，依据胎体粉末原料和 混料球的总体积为球罐容积的50% 70%选择球磨机，按照胎体粉末原料 质量和混料球质量比为l: 1 1.5的比例称取混料球，混料球采用硬质合金球，并选取大小不同的球径混合搭配使用，混料机转速选择为每分钟30 100转，混料时间1 4小时；最后停机，将混合后的胎体粉末 和球过筛分开。
4、根据权利要求2或3所述的孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿的 制作工艺，其特征在于在步骤b中，采用混料机将超硬磨料、胎体粉末和润湿剂混合均匀，具体包括以下步骤第一步将称量好的胎体粉末倒入混料机料筒，摊平，在料中间压 出一凹坑；第二步把超硬磨料倒入凹坑中，再把润湿剂倒在超硬磨料中，使 超硬磨料全部湿润；第三步手工反复搅拌超硬材料和胎体粉末，倒出过筛后，再倒回 混料机料筒中；第四步往混料机料筒内放入长度为200mm左右的钢链3 4根，盖 好混料机料筒盖，开机混料，混料时间为30 60分钟，混料机的转速 每分钟40 100转；第五步停机检测，目测粉料有无色斑、结团，混料是否均匀。
全文摘要
本发明公开了一种孕镶金刚石-硬质合金强耐磨截齿及其制作工艺；所述截齿包括钢体齿身(3)、齿头(2)和硬质合金齿尖(1)，所述的钢体齿身(3)、齿头(2)和硬质合金齿尖(1)直接通过粉末冶金的方法，利用热压工艺烧结成为一体；所述齿头(2)的原料包括胎体粉末和金刚石；所述胎体粉末含有一定比例的钴粉、镍粉、铁粉、铜粉、锰粉、锡粉、铬粉和碳化钨粉末，金刚石颗粒度为0.42mm～0.074mm，金刚石的体积占所述齿头体积的比例为5％～50％；其制作工艺0胎体粉末混料—工作层料的配混—热压烧结成型—喷砂。本发明的截齿工作效率高和使用寿命长，是适用于采煤、采矿、钻井等设备用的截齿，其制作工艺简单快捷。
文档编号B22F5/08GK101509375SQ20091004293
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月23日 优先权日2009年3月23日
发明者刘卡伟, 张绍和, 王佳亮, 谢晓红, 欢 马 申请人:中南大学