抗磨损新型激光强化截齿

抗磨损新型激光强化截齿背景技术截齿是采掘机组上直接切割煤岩的关键零件，属易损件。其失效方式主要是磨损失效，磨损失效的主要形式为截齿端部基体磨损，导致合金头剥落。一般的国内普通截齿抗磨损性能较差和较短的使用寿命较短的特点，从而加大了井下作业的强度，降低了生产效率。因此，研制一种工艺先进、技术稳定，并能提高截齿端部的耐磨性，进而延长使用寿命的表面处理技术是十分必要的。技术内容针对上述问题，由本公司和西安交通大学联合开发研制的抗磨损新型激光强化截齿，其技术是目前提高截齿耐磨性、延长使用寿命的最新表面处理技术。利用激光能量束高度集中的特性，采用激光熔覆、表面合金化和激光淬火等强化工艺，提高截齿端部锥形位置的硬度和耐磨性能，延缓磨损速度，有效保护硬质合金刀头，从而大幅度延长截齿的使用寿命。表面熔覆工艺为：以激光能量束，在一定功率、速度条件下，将含有耐磨材料的金属粉末熔覆到截齿锥形面上，一次熔覆厚度约3mm。表面合金化工艺为：将纳米级金属陶瓷颗粒采用特殊方法均匀涂敷与截齿锥形面上，采用一定功率的激光能量束，将金属陶瓷颗粒与截齿进行重熔，使金属陶瓷颗粒与基体实现冶金级结合，形成耐磨层厚度约0.9mm。表面淬火工艺为：以一定功率的激光能量束，以一定速度，对截齿锥形面42CrMo基体进行扫描，使基体表面瞬间升温并迅速自然降温，对截齿锥形面进行淬火处理,淬硬层厚度约1mm。分析测试方法：将实验获得的试样做成金相试块，对耐磨层截面在金相显微镜上进行金相分析，用显微硬度计测量耐磨层的显微硬度。通过检测可以看出：耐磨层厚度均匀，硬度分布梯次均匀，说明所选择的工艺稳定、可行。激光熔覆截齿平均显微硬度为HV800，洛氏硬度为65HRC；激光合金化截齿的平均显微硬度为HV1099，洛氏硬度为70HRC；激光淬火截齿的平均显微硬度为HV750，洛氏硬度为62HRC。激光熔覆和合金化工艺涂层与基体为冶金结合，结合强度高。工业应用实验激光强化截齿在新矿集团协庄煤矿掘进工作面进行工业应用实验。实验巷道203运输巷为半煤岩巷道，硬度为5－6，断面尺寸为9.8m²；1403回风巷为半煤岩巷道，硬度为5－6，断面尺寸为11m²。激光熔覆截齿在203巷道掘进90米，后在1403巷道掘进60米，共开挖半煤岩1542m³。表面合金化截齿在1403巷道掘进260米，开挖半煤岩2860m³。表面淬火截齿在1403巷道掘进约60－80米。经试验，激光强化截齿端头表面硬度、耐磨度有明显提高，截齿使用寿命显著延长。与普通截齿相比，激光熔覆截齿寿命延长了3-4倍，表面合金化截齿寿命延长5-8倍。激光技术在截齿表面工程技术上的应用，是利用激光束能量高度集中、方向高度集中的特性，在大气环境下进行无污染操作，在廉价金属材料表面形成一层硬度高、无裂纹，且与基体呈冶金结合的高性能涂层，将金属良好的坚韧性和涂层材料的高硬度、高化学稳定性、高耐磨性结合起来，创新了高性能涂层的生产工艺。应用抗磨损新型激光强化截齿，可以减少截齿更换检修时间、提高生产效率，同时又能节约大量的资金，对于建设节约性社会有着广泛而深远的意义。