表面含有超硬耐磨颗粒的高耐磨截齿的制备方法与流程

1.本发明涉及采掘工具技术领域，具体是一种表面含有超硬耐磨颗粒的高耐磨截齿的制备方法。


背景技术：

2.截齿是一种采掘工具，可与采煤机、掘进机等配套使用，由于其工作环境复杂恶劣，成为采煤机、掘进机实际作业中更换量最大的易损件，目前广泛应用的截齿主要由合金钢齿体和钎焊的硬质合金截齿头组成，截齿头焊接于齿体的一端。截割煤岩及掘进巷道时，复杂的工况条件截齿容易发生硬质合金截齿头和齿体的磨损失效、硬质合金截齿头脱落、崩刃和齿体断裂等，致使每万吨煤消耗的截齿数量居高不下，加大了生产成本，直接影响了采煤机、掘进机的生产效率。其中截齿体不耐磨，也会导致固定在截齿柄端部的硬质合金截齿头过早的脱落。通过几个煤矿的统计结果可知，磨损失效是截齿最主要的失效形式，占失效形式75%~90%。目前主要通过堆焊技术改善齿体的耐磨性能，堆焊焊丝一般为cr
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mo
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w
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ti系或者cr
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mo
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w
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v系合金，形成的堆焊层一般为马氏体加碳化物，或者采用ni60合金熔覆wc颗粒制备堆焊耐磨层，但是耐磨防护层的硬度整体仍偏低，基本在52~64hrc之间，对截齿耐磨性能的提升不明显。因此采用简单的处理方式，进一步提高截齿的耐磨性能，对节省成本、提升生产效率（更换截齿会造成生产效率下降），乃至提高经济效益具有十分重要的意义。
3.金刚石是自然界中最硬的材料，立方氮化硼cbn是仅次于金刚石的超硬材料，将金刚石、cbn等材料用于截齿的耐磨防护有助于截齿耐磨性能的大幅提升。中国发明专利cn200810230597.3公开了一种金刚石孕镶截齿及其制备工艺，截齿由齿体、齿头和位于齿头上的翼片构成，齿头由金刚石混料和碳化钨中的一种或者两种材料制成；翼片由金刚石混料、立方氮化硼、碳化钨或硬质合金材料中的一种制成，将翼片和齿头整体热压成型，与齿体进行连接，再进行修正、后处理，整个制备过程较为复杂，需要额外制作模具。
4.中国发明专利cn200920062976.6公开了一种截齿，它包括截齿柄以及连接于截齿柄端部的截齿头，所述截齿柄与截齿头连接端的外表面上设有一个以上保径齿。截齿头由硬质合金和复合于其上的聚晶金刚石层组成，二者之间还存在过渡层，过渡层为金刚石
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钴梯度过渡层、或金刚石
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cbn梯度过渡层、或金刚石
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碳化钨
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钴梯度过渡层。保径齿为金刚石
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硬质合金复合球齿、或金刚石
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硬质合金平头齿、或硬质合金齿、或上述各齿的组合。该新型截齿同样存在制备过程复杂的问题，另外保径齿如何连于截齿头上，并未给出技术方案。
5.中国发明专利cn200810030935.9 公开了一种金刚石复合截齿头的制造方法及金刚石复合截齿头，该截齿整体采用硬质合金，在齿头部分采用六面顶压机高温压制金刚石与金属的混料形成一层聚晶金刚石来提高耐磨性，需要专门的设备、模具和后处理，截齿的成本提高太多，另外硬质合金作为齿体，其抗冲击性能较差，无法满足煤矿开采或掘进的工况要求，高温压制过程也会降低硬质合金和压入金刚石的性能。
6.总体而言，现在的方法通过增加齿体中硬质合金的含量及在截齿头上制备金刚石耐磨层来提升截齿的耐磨性，但是这两种材料含量多会大幅提升截齿的成本，降低截齿的抗冲击性能，另外，制作过程都较为复杂。因此本发明专利拟采用简单的处理方式，将金刚石、cbn等材料用于截齿的耐磨防护，进一步提高截齿的耐磨性能、节省成本、提升生产效率。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种表面含有超硬耐磨颗粒的高耐磨截齿的制备方法。
8.本发明是通过如下技术方案实现的：一种表面含有超硬耐磨颗粒的高耐磨截齿的制备方法，该截齿包括齿体和硬质合金头；齿体包括由下而上一体成型的齿柄、齿根和齿头，硬质合金头焊接固定在齿头顶端的中心处，硬质合金头、齿头、齿根和齿柄位于同一轴线上；齿头的外壁上自上而下1/3至2/3高度的部分设置有硬质冶金层，硬质冶金层是由金刚石耐磨颗粒以及金属合金粉末制备而成的或者是由金刚石耐磨颗粒和陶瓷颗粒的混合颗粒以及金属合金粉末制备而成的；其制备方法包括如下步骤：a：初加工：将齿体下料锻造后机械加工出外形轮廓，将齿体毛坯表面除油、喷砂处理；b：粉末固定：在齿头表面涂有机粘结剂，并依次在表面均匀喷洒金刚石耐磨颗粒及金属合金粉末或者是金刚石耐磨颗粒和陶瓷颗粒的混合颗粒及金属合金粉末，静置5
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30min待粘结剂固化；c：高温熔合：将齿体置于真空加热设备中升温使金刚石耐磨颗粒或金刚石耐磨颗粒和陶瓷颗粒的混合颗粒以及金属合金粉末与齿头熔合，随炉冷却后在齿头上形成含有耐磨颗粒的硬质冶金层；d：硬质合金头焊接及后处理：在齿头顶部开焊接盲孔，依次填充焊剂、放置硬质合金头，通过快速加热使硬质合金头与齿头钎焊在一起，之后将成型的截齿置于淬火液中，利用焊接余热淬火，最后将截齿回火去除应力即可。
9.进一步的，该截齿的齿体中，齿柄和齿根为圆柱型，齿头为圆台型，齿根的直径大于齿柄的直径以及齿头大圆面的直径，齿头与齿根之间采用圆弧过度。
10.进一步的，硬质冶金层内金刚石耐磨颗粒、陶瓷颗粒的外裸露高度为其长度的1/2
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1/5。
11.进一步的，金刚石耐磨颗粒和陶瓷颗粒的粒度为30
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120目，陶瓷颗粒为c
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bn、al2o3、sic、si3n4中的一种或任意比例的几种，金属合金粉末为nicr合金粉末。
12.进一步的，制备方法的步骤c中，真空加热的保温温度为950
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1100℃,保温时间为3
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20min。
13.进一步的，制备方法的步骤b中，金刚石耐磨颗粒或者是金刚石耐磨颗粒和陶瓷颗粒的混合颗粒与金属合金粉末之间的体积比为2:1
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1:5。
14.本发明的有益效果如下：1）本发明与现有技术相比，通过在靠近齿头顶部1/3至2/3部分熔覆包含金刚石耐磨颗粒或金刚石耐磨颗粒和陶瓷颗粒的混合颗粒的硬质冶金层，
来改善截齿的耐磨性能，该耐磨层能够有效为截齿的齿体提供有效的保护，同时改善由于齿体耐磨性不足导致的硬质合金头掉落的现象，技术方案简单易行，截齿成本增加较少，使用寿命可提升3倍以上。2）齿体仍采用原来耐冲击性能较好的钢材，原本齿体焊接硬质合金后就需要进行后续热处理，本发明专利充分利用该过程，先利用焊后进行淬火，再进行回火处理，既能够充分保证齿体的性能，同时整个技术方案较为合理，简单又节省成本。将硬质合金头的焊接步骤位于高温熔合步骤的后面，可有效降低高温处理对硬质合金的影响。3）金刚石、cbn等超硬颗粒在高温熔融后离散的分布于ni
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cr合金层中，硬质冶金层可有效抵抗采煤或掘进过程中的冲击力，达到比聚晶金刚石更好的效果，另外金刚石耐磨颗粒在硬质冶金层表层露出，可增加截齿的锋利度，提高截齿的工作效率。4）可通过调节金刚石、陶瓷颗粒等超硬颗粒和金属合金粉末的之间的配比来实现截齿综合性能的最优解，使其既利于排屑，充分发挥耐磨性，同时又对金刚石强力把持，保证一定的抗冲击性。
15.本发明截齿设计科学、结构合理，制备方法技术方案简单易行，截齿成本增加较少，使用寿命可提升3倍以上。
附图说明
16.此处的附图用来提供对本发明的进一步说明，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
17.图1为本发明实施例1截齿的三维结构示意图。
18.图2为本发明实施例1截齿的纵向剖视图。
19.图3为本发明截齿的制备过程示意图。
20.图4为本发明实施例2、3截齿的三维结构示意图。
21.图5为本发明实施例2、3截齿的纵向剖视图。
22.图中：1
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硬质合金头、2
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齿柄、3
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齿根、4
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齿头、5
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硬质冶金层、6
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金刚石耐磨颗粒、7
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陶瓷颗粒。
具体实施方式
23.为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合参考附图并结合实施例对本发明作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.实施例1一种表面含有超硬耐磨颗粒的高耐磨截齿制备方法，该截齿的结构如图1和图2所示，其包括齿体和硬质合金头1；齿体包括由下而上一体成型的齿柄2、齿根3和齿头4，齿柄2和齿根3为圆柱型，齿头4为圆台型，齿根3的直径大于齿柄2的直径以及齿头4大圆面的直径，齿头4的大圆面端与齿根3连接且二者之间采用圆弧过度。齿头4的外壁上自上而下1/3高度的部分熔覆有硬质冶金层5，硬质冶金层5是由金刚石耐磨颗粒6和金属合金粉末混合制备而成的，金刚石耐磨颗粒6的粒度为80目、金属合金粉末为nicr合金粉末，金刚石耐磨颗粒6外裸露于硬质冶金层5外的高度为金刚石耐磨颗粒6长度的1/5。齿头4顶端的中心处开设有焊接盲孔，硬质合金头1焊接固定在焊接盲孔内，硬质合金头1与齿头4、齿根3和齿柄1均位于同一轴线上。
25.其制备过程示意图如图3所示，具体的制备方法包括如下步骤：a：初加工：将齿体下料锻造后机械加工出外形轮廓，将齿体毛坯表面除油、喷砂处理；b：粉末固定：在齿头4表面涂有机粘结剂，并依次在表面均匀喷洒金刚石耐磨颗粒6以及金属合金粉末，静置18min待粘结剂固化；其中，金刚石耐磨颗粒6与金属合金粉末之间的体积比为1:1；c：高温熔合：将齿体置于真空加热设备中升温使金刚石耐磨颗粒6以及金属合金粉末与齿头4熔合，其中真空加热的保温温度为950℃、保温时间为20min，随炉冷却后在齿头4上形成含有耐磨颗粒的硬质冶金层5；d：硬质合金头1焊接及后处理：在齿头4顶部开焊接盲孔，依次填充焊剂、放置硬质合金头1，通过快速加热使硬质合金头1与齿头4钎焊在一起，之后将成型的截齿置于淬火液中，利用焊接余热淬火，最后将截齿回火去除应力即可。
26.实施例2一种表面含有超硬耐磨颗粒的高耐磨截齿的制备方法，该截齿的结构如图4和图5所示，包括齿体和硬质合金头1；齿体包括由下而上一体成型的齿柄2、齿根3和齿头4，齿柄2和齿根3为圆柱型，齿头4为圆台型，齿根3的直径大于齿柄2的直径以及齿头4大圆面的直径，齿头4的大圆面端与齿根3连接且二者之间采用圆弧过度。齿头4的外壁上自上而下2/3高度的部分熔覆有硬质冶金层5，硬质冶金层5是由金刚石耐磨颗粒6、陶瓷颗粒7和金属合金粉末混合制备而成的，金刚石耐磨颗粒6和陶瓷颗粒7的粒度为30目、陶瓷颗粒7为c
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bn、金属合金粉末为nicr合金粉末，金刚石耐磨颗粒6、陶瓷颗粒7的外裸露于硬质冶金层5外的高度为其各自长度的1/2。齿头4顶端的中心处开设有焊接盲孔，硬质合金头1焊接固定在焊接槽内，硬质合金头1与齿头4、齿根3和齿柄2均位于同一轴线上。
27.其制备过程示意图如图3所示，具体的制备方法包括如下步骤：a：初加工：将齿体下料锻造后机械加工出外形轮廓，将齿体毛坯表面除油、喷砂处理；b：粉末固定：在齿头4表面涂有机粘结剂，并依次在表面均匀喷洒金刚石耐磨颗粒6、陶瓷颗粒7以及金属合金粉末，静置5min待粘结剂固化；其中，金刚石耐磨颗粒6和陶瓷颗粒7的整体与金属合金粉末之间的体积比为2:1；c：高温熔合：将齿体置于真空加热设备中升温使金刚石耐磨颗粒6、陶瓷颗粒7以及金属合金粉末与齿头4熔合，其中真空加热的保温温度为1100℃、保温时间为12min，随炉冷却后在齿头4上形成含有耐磨颗粒的硬质冶金层5；d：硬质合金头1焊接及后处理：在齿头4顶部开焊接盲孔，依次填充焊剂、放置硬质合金头1，通过快速加热使硬质合金头1与齿头4钎焊在一起，之后将成型的截齿置于淬火液中，利用焊接余热淬火，最后将截齿回火去除应力即可。
28.实施例3一种表面含有超硬耐磨颗粒的高耐磨截齿的制备方法，该截齿的结构如图4和图5所示，包括齿体和硬质合金头1；齿体包括由下而上一体成型的齿柄2、齿根3和齿头4，齿柄2和齿根3为圆柱型，齿头4为圆台型，齿根3的直径大于齿柄2的直径以及齿头4大圆面的直径，齿头4的大圆面端与齿根3连接且二者之间采用圆弧过度。齿头4的外壁上自上而下1/2
高度的部分熔覆有硬质冶金层5，硬质冶金层5是由金刚石耐磨颗粒6、陶瓷颗粒7和金属合金粉末混合制备而成的，金刚石耐磨颗粒6和陶瓷颗粒7的粒度为120目、陶瓷颗粒7为sic、金属合金粉末为nicr合金粉末，金刚石耐磨颗粒6、陶瓷颗粒7的外裸露于硬质冶金层5外的高度为其各自长度的2/5。齿头4顶端的中心处开设有焊接盲孔，硬质合金头1焊接固定在焊接槽内，硬质合金头1与齿头4、齿根3和齿柄2均位于同一轴线上。
29.其制备过程示意图如图3所示，具体的制备方法包括如下步骤：a：初加工：将齿体下料锻造后机械加工出外形轮廓，将齿体毛坯表面除油、喷砂处理；b：粉末固定：在齿头4表面涂有机粘结剂，并依次在表面均匀喷洒金刚石耐磨颗粒6、陶瓷颗粒7以及金属合金粉末，静置30min待粘结剂固化；其中，金刚石耐磨颗粒6和陶瓷颗粒7的整体与金属合金粉末之间的体积比为1:10；c：高温熔合：将齿体置于真空加热设备中升温使金刚石耐磨颗粒6、陶瓷颗粒7以及金属合金粉末与齿头4熔合，其中真空加热的保温温度为1050℃、保温时间为3min，随炉冷却后在齿头4上形成含有耐磨颗粒的硬质冶金层5；d：硬质合金头1焊接及后处理：在齿头4顶部开焊接盲孔，依次填充焊剂、放置硬质合金头1，通过快速加热使硬质合金头1与齿头4钎焊在一起，之后将成型的截齿置于淬火液中，利用焊接余热淬火，最后将截齿回火去除应力即可。
30.上面是对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。