專利名稱：一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，屬于采掘機(jī)械金屬材料和巖土工程研究技術(shù) 領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用在采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)上能夠截割煤層和巖層的截齒。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外煤炭工業(yè)生產(chǎn)，都廣泛應(yīng)用采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)開采。在采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)上安裝 的不同規(guī)格、不同數(shù)量的截齒，是其不可缺少的易磨損零配件。截齒的圓柱形部分為齒柄， 圓錐形部分為齒頭，齒柄和齒頭合稱齒體，齒頭頂端焊接有硬質(zhì)合金頭，齒體和硬質(zhì)合金頭 構(gòu)成一個(gè)完整的截齒。截齒對(duì)齒體的硬度、沖擊韌性、抗彎強(qiáng)度、抗腐蝕性等具有很高的要 求，但對(duì)齒柄和齒頭的性能要求卻有著明顯的不同，齒柄要求具有一定的強(qiáng)度和韌性，齒頭 頂端要求具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨和耐腐蝕性?，F(xiàn)有齒體廣泛采用單一的鋼制成，這就 犧牲了齒頭頂端的高硬度、高耐磨和耐腐蝕性，從而在采掘工作中致使齒頭頂端很快磨損， 露出硬質(zhì)合金頭焊接部分，使硬質(zhì)合金頭失去包裹和依托而被甩出，導(dǎo)致截齒報(bào)廢?？梢娪?質(zhì)合金頭是截齒非常重要的部分，只有提高齒頭頂端的耐磨性和抗沖擊性，才能保證硬質(zhì) 合金頭不會(huì)因?yàn)辇X頭頂端被磨損而甩出，最終充分發(fā)揮其最大效能，則截齒能達(dá)到最大壽 命。目前國內(nèi)提高齒頭頂端的耐磨性和抗沖擊性有代表性的做法主要有三種。第一種 做法是齒頭頂端焊接有硬質(zhì)合金頭，齒頭頂端采用耐磨合金鋼，齒柄和齒頭其余部分采用 高強(qiáng)度合金鋼，耐磨合金鋼和高強(qiáng)度合金鋼分別經(jīng)過熱處理后，通過焊接和止口連接在一 起，然后再進(jìn)行低溫回火。截齒在工作時(shí)承受很大的沖擊力，焊縫和止口連接難以保證足夠 的抗彎強(qiáng)度，會(huì)造成齒頭頂端與齒體其余部分的分離；低溫回火處理雖然能夠消除連接處 的焊接應(yīng)力，但不能提高焊縫和止口連接的抗彎強(qiáng)度。第二種做法是齒頭頂端焊接有硬質(zhì) 合金頭，齒頭表面利用粉末冶金工藝焙燒有硬質(zhì)合金層，該層雖然有較好的耐磨性，但由于 截齒在工作時(shí)，徑向受力大，會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲應(yīng)力，齒頭和硬質(zhì)合金層強(qiáng)度差異較大而導(dǎo) 致其脫落，使硬質(zhì)合金頭失去保護(hù)。第三種做法是齒頭頂端不焊接硬質(zhì)合金頭，而是把齒 頭頂端制成尖形來代替硬質(zhì)合金頭，齒柄和齒頭使用同一種材料制成一體，在齒頭表面覆 蓋0. 5 1毫米的耐磨層并經(jīng)過熱處理。該層雖然有較高的硬度能夠抵抗磨損，但由于齒 頭和耐磨層在力學(xué)性質(zhì)方面存在較大差異，里軟外硬，耐磨層因抗沖擊性不足而剝落；另外 由于沒有硬質(zhì)合金頭，齒頭頂端單憑這一薄的耐磨層直接截割煤層和巖層根本不足以維持 較長的使用壽命?？梢娨陨辖Y(jié)構(gòu)的目的都在于提高截齒齒頭部分的硬度和耐磨性來保護(hù)硬質(zhì)合金 頭，但關(guān)鍵問題在于這一增強(qiáng)部分與原齒體金屬材料由于性能差異較大存在明顯的界面， 兩種不同的金屬材料沒有過渡區(qū)域，在連接處沒有與齒體金屬材料真正熔為一體，在強(qiáng)烈 的沖擊下很容易斷裂或剝落，從而導(dǎo)致硬質(zhì)合金頭失去包裹和依托而被甩出，最終截齒報(bào) 廢。因此，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的截齒結(jié)構(gòu)和制備工藝才能夠保證硬質(zhì)合金頭最大限度的發(fā)揮效 能，這對(duì)于充分提高截齒的使用壽命具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，目的在于解決上述技術(shù)問題，提供一種使用 壽命長、節(jié)省合金鋼材、降低采煤成本、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的應(yīng)用在采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)上的，由兩種金屬 構(gòu)成的截齒及其制備方法的技術(shù)方案。本實(shí)用新型一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，其特征在于截齒由齒體和硬質(zhì)合金頭組成， 齒體包括圓柱形齒柄2和圓錐形齒頭4，齒體由兩種金屬構(gòu)成，圓柱形齒柄2和圓錐形齒頭 4下端為中碳合金鋼，圓錐形齒頭4頂端為特制合金鋼，在圓錐形齒頭4頂端鉆有軸向圓孔， 硬質(zhì)合金頭9放入軸向圓孔內(nèi)通過銅焊接層17與圓錐形齒頭4焊接在一起，圓錐形齒頭底 3的直徑大于圓柱形齒柄2的直徑，其次沿其圓錐形齒頭4的圓錐面自上而下開設(shè)環(huán)形槽， 環(huán)形槽的寬度均為7 9毫米，圓錐形齒頭4頂端向下第一個(gè)環(huán)形槽D8深度為5. 5 6. 0 毫米，其余環(huán)形槽深度隨齒頭圓錐形增大而加深到8 9毫米，相鄰兩環(huán)形槽之間有1. 5
2.0毫米的隔層，距圓錐形齒頭底3距離最小的是環(huán)形槽A5，其距離不大于圓錐形齒頭4長 度的二分之一，距硬質(zhì)合金頭9底面的距離為8 12毫米。上述一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，其特征在于所述的特制合金鋼將硬質(zhì)合金頭9的焊 接部分緊緊包圍，特制合金鋼的范圍大于硬質(zhì)合金頭9的焊接部分，并向硬質(zhì)合金頭9底面 延伸8 12毫米。上述一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，其特征在于所述的特制合金鋼為空淬鋼HRC55 60，其化學(xué)成份重量百分比為，C 0. 46 0. 58，Cr 4. 0 6. 0，W :6. 0 11. 0，Mo 2. 3
3.0,V 0. 6 1. 3, Si 0. 18 0. 20,Mn 0. 17 0. 19, Ni 0. 50 0. 60, S 0. 030 0. 035， P0. 028 0. 030。上述一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為I、按熔敷金屬化學(xué)成份重量百分比C :0. 46 0.58，Cr :4. 0 6. 0，W :6. 0 11. 0，Mo 2. 3 3. 0，V :0· 6 1. 3，Si 0. 18 0. 20，Mn 0. 17 0. 19，Ni 0. 50 0. 60， S 0. 030 0. 035，P 0. 028 0. 030制作特制合金鋼焊條，在240 260°C烘干2. 0 2. 5 小時(shí)；II、采用中碳合金鋼機(jī)加工成結(jié)構(gòu)為圓柱形齒柄2和圓錐形齒頭4構(gòu)成的截齒齒 體；III、在上述II得到的齒體的圓錐形齒頭4頂端向下開若干環(huán)形槽，一般為3 5 個(gè)環(huán)形槽，環(huán)形槽的凈寬為7 9毫米，兩相鄰環(huán)形槽之間的隔層為1. 5 2. 0毫米，圓錐 形齒頭4頂端向下第一個(gè)環(huán)形槽深度為5. 5 6. 0毫米，其余環(huán)形槽深隨齒頭圓錐形增大 而加深到8 9毫米，開設(shè)環(huán)形槽的范圍大于硬質(zhì)合金頭9的底面8 12毫米，圓錐形齒 頭4頂端向下最后一個(gè)環(huán)形槽A 5距圓錐形齒頭底3的距離不大于圓錐形齒頭4長的二分 之一；IV、將齒體在溫度350 400°C中預(yù)熱1. 0 1. 5小時(shí)，然后用上述I特制合金鋼 焊條堆焊飽滿環(huán)形槽，由于隔層很薄，齒頭頂端形成完整的上述特制合金鋼，特制合金鋼和 中碳合金鋼共同構(gòu)成了雙金屬結(jié)構(gòu)截齒的基體；V、將上述IV得到的雙金屬結(jié)構(gòu)的齒體用140 160°C去應(yīng)力回火2. 0 2. 5小 時(shí)；
4[0015]VI、按照常規(guī)方法對(duì)上述V得到的雙金屬結(jié)構(gòu)的齒體進(jìn)行研磨精加工；VII、在上述VI得到的雙金屬結(jié)構(gòu)的齒體的圓錐形齒頭4頂端鉆一個(gè)軸向圓孔，將 銅焊片和焊劑放入圓孔內(nèi)，然后把圓錐形齒頭4頂端和硬質(zhì)合金頭9置于超音頻感應(yīng)圈內(nèi) 加熱至950 1050°C，硬質(zhì)合金頭即通過銅焊接層與圓錐形齒頭4焊接在一起。本實(shí)用新型一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，其優(yōu)點(diǎn)在于①本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎，通過開設(shè)環(huán)形槽利用特制合金鋼焊條堆焊形成特制合金 鋼，由于堆焊時(shí)產(chǎn)生的高溫在特制合金鋼和中碳合金鋼的結(jié)合部位形成了兩種鋼的混合區(qū) 域即過渡段，盡管是兩種硬度不同的合金鋼但卻沒有明顯的界面，過渡段的化學(xué)成份沒有 雙金屬那樣明顯，而是介于兩種鋼之間，性能也介于兩種鋼之間，具有很好的硬度和韌性， 有機(jī)地熔合為一個(gè)整體，滿足特制合金鋼和中碳合金鋼的結(jié)合強(qiáng)度，經(jīng)過去應(yīng)力回火處理 后，極大提高了齒頭頂端的耐磨性和抗沖擊性。②本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理，特制合金鋼的范圍大于硬質(zhì)合金頭的焊接部分，焊接硬 質(zhì)合金頭的軸向圓孔與特制合金鋼相接，特制合金鋼通過銅焊接層與硬質(zhì)合金頭牢固地焊 接在一起，特制合金鋼無論從軸向還是徑向都將硬質(zhì)合金頭緊密包裹，這樣就通過提高齒 頭頂端的耐磨性來保證硬質(zhì)合金頭充分發(fā)揮工作效能，不會(huì)因?yàn)辇X頭頂端的過早磨損而使 硬質(zhì)合金頭被甩出，極大地提高了截齒的使用壽命。③本實(shí)用新型實(shí)用性強(qiáng)，特制合金鋼由于其特殊的化學(xué)成份使其具有較好的抗 酸、堿、鹽等介質(zhì)腐蝕的能力。④工業(yè)試驗(yàn)證明，雙金屬結(jié)構(gòu)截齒具有很好的強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，適用于各 種煤層和中硬巖層的掘進(jìn)和開采，使用壽命比國產(chǎn)截齒提高了 20 30倍，與進(jìn)口截齒接 近，可以為國家節(jié)約大量合金鋼材。⑤由于使用壽命的延長，大大減小了維修及更換次數(shù)的時(shí)間，從而提高了 15 20 倍的采煤效率。⑥采煤效率的提高，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)時(shí)間，降低了采煤成本。


圖1是本發(fā)明截齒的外形圖 圖2是本發(fā)明的截齒剖視圖 上述圖中 1——彈性卡圈 4——圓錐形齒頭 7——環(huán)形槽C 10——隔層i 13——特制合金鋼I
2-5-8-
16——特制合金鋼IV
11-14-17-
-圓柱形齒柄 _環(huán)形槽A _環(huán)形槽D 一隔層 一特制合金鋼II 一銅焊接層
3——圓錐形齒頭底 6——環(huán)形槽B 9——硬質(zhì)合金頭 12——隔層iii 15——特制合金鋼III
具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖詳細(xì)說明本截齒的具體實(shí)施方式
，但本截齒的具體實(shí)施 方式不局限于下述的實(shí)施例。圖1與圖2描述的為雙金屬結(jié)構(gòu)截齒，是通過以下具體步驟
5實(shí)現(xiàn)的實(shí)施方式一I、按熔敷金屬化學(xué)成份重量百分比 C 0. 46，Cr 4. 0，W 6. 0，Mo 2. 3，V 0. 6，Si 0. 18，Mn 0. 17，Ni 0. 50，S 0. 030，P 0. 028 制作特制合金鋼焊條，在 240°C烘干 2. 5 小時(shí);II、采用中碳合金鋼機(jī)加工成結(jié)構(gòu)為圓柱形齒柄2和圓錐形齒頭4構(gòu)成的齒體；III、在上述II得到的齒體的圓錐形齒頭4頂端向下開3個(gè)環(huán)形槽，環(huán)形槽的凈寬 為7毫米，兩相鄰環(huán)形槽之間的隔層為1. 5毫米，圓錐形齒頭4頂端向下第一個(gè)環(huán)形槽深度 為5. 5毫米，其余環(huán)形槽深隨齒頭圓錐形增大而加深到8毫米，開設(shè)環(huán)形槽的范圍大于硬質(zhì) 合金頭9的底面8毫米，圓錐形齒頭4頂端向下最后一個(gè)環(huán)形槽A 5距圓錐形齒頭底3的 距離不大于圓錐形齒頭4長的二分之一；IV、將上述III得到的齒體在溫度350°C中預(yù)熱1. 5小時(shí)，然后用上述I特制合金 鋼焊條堆焊飽滿環(huán)形槽，由于隔層很薄，齒頭頂端形成完整的上述特制合金鋼，特制合金鋼 和中碳合金鋼共同構(gòu)成了雙金屬結(jié)構(gòu)截齒的齒體；V、將上述IV得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體用140°C去應(yīng)力回火2. 5小時(shí)；VI、按照常規(guī)方法對(duì)上述V得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體進(jìn)行研磨精加工；VII、在上述VI得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體的圓錐形齒頭4頂端鉆一個(gè)軸向圓孔，將銅 焊片和焊劑放入圓孔內(nèi)，然后把圓錐形齒頭4頂端和硬質(zhì)合金頭9置于超音頻感應(yīng)圈內(nèi)加 熱至950°C，硬質(zhì)合金頭9即通過銅焊接層17與圓錐形齒頭4焊接在一起。實(shí)施方式二 I、按熔敷金屬化學(xué)成份重量百分比 C 0. 52，Cr 5. 0，W 8. 5，Mo 2. 65，V 0. 95， Si 0. 19，Mn 0. 18，Ni 0. 55，S 0. 0325，P 0. 029 制作特制合金鋼焊條，在 250°C烘干 2. 25 小時(shí)；II采用中碳合金鋼機(jī)加工成結(jié)構(gòu)為圓柱形齒柄2和圓錐形齒頭4構(gòu)成的齒體；III、在上述II得到的齒體的圓錐形齒頭4頂端向下開4個(gè)環(huán)形槽，環(huán)形槽的凈寬 為8毫米，兩相鄰環(huán)形槽之間的隔層為1. 75毫米，圓錐形齒頭4頂端向下第一個(gè)環(huán)形槽深 度為5. 75毫米，其余環(huán)形槽深隨齒頭圓錐形增大而加深到8. 5毫米，開設(shè)環(huán)形槽的范圍大 于硬質(zhì)合金頭9的底面10毫米，圓錐形齒頭4頂端向下最后一個(gè)環(huán)形槽A 5距圓錐形齒頭 底3的距離不大于圓錐形齒頭4長的二分之一；IV、將上述III得到的齒體在溫度375°C中預(yù)熱1. 25小時(shí)，然后用上述I特制合金 鋼焊條堆焊飽滿環(huán)形槽，由于隔層很薄，齒頭頂端形成完整的上述特制合金鋼，特制合金鋼 和中碳合金鋼共同構(gòu)成了雙金屬結(jié)構(gòu)截齒的齒體；V、將上述IV得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體用150°C去應(yīng)力回火2. 25小時(shí)；VI、按照常規(guī)方法對(duì)上述V得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體進(jìn)行研磨精加工；VII、在上述VI得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體的圓錐形齒頭4頂端鉆一個(gè)軸向圓孔，將銅 焊片和焊劑放入圓孔內(nèi)，然后把圓錐形齒頭4頂端和硬質(zhì)合金頭9置于超音頻感應(yīng)圈內(nèi)加 熱至1000°C，硬質(zhì)合金頭9即通過銅焊接層17與圓錐形齒頭4焊接在一起。實(shí)施方式三I、按熔敷金屬化學(xué)成份重量百分比 C 0. 58，Cr 6. 0,ff 11. Ο,Μο 3. 0，V :1. 3，Si 0. 20，Mn 0. 19，Ni 0. 60，S 0. 035，P 0. 030 制作特制合金鋼焊條，在 260°C烘干 2. 0 小時(shí);[0052]II、采用中碳合金鋼機(jī)加工成結(jié)構(gòu)為圓柱形齒柄2和圓錐形齒頭4構(gòu)成的齒體；III、在上述II得到的齒體的圓錐形齒頭4頂端向下開5個(gè)環(huán)形槽，環(huán)形槽的凈寬 為9毫米，兩相鄰環(huán)形槽之間的隔層為2. 0毫米，圓錐形齒頭4頂端向下第一個(gè)環(huán)形槽深度 為6. 0毫米，其余環(huán)形槽深隨齒頭圓錐形增大而加深到9毫米，開設(shè)環(huán)形槽的范圍大于硬質(zhì) 合金頭9的底面12毫米，圓錐形齒頭4頂端向下最后一個(gè)環(huán)形槽A 5距圓錐形齒頭底3的 距離不大于圓錐形齒頭4長的二分之一；IV、將上述III得到的齒體在溫度400°C中預(yù)熱1. 0小時(shí)，然后用上述I特制合金 鋼焊條堆焊飽滿環(huán)形槽，由于隔層很薄，齒頭頂端形成完整的上述特制合金鋼，特制合金鋼 和中碳合金鋼共同構(gòu)成了雙金屬結(jié)構(gòu)截齒的齒體；V、將上述IV得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體用160°C去應(yīng)力回火2. 0小時(shí)；VI、按照常規(guī)方法對(duì)上述V得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體進(jìn)行研磨精加工；VII、在上述VI得到的雙金屬結(jié)構(gòu)齒體的圓錐形齒頭4頂端鉆一個(gè)軸向圓孔，將銅 焊片和焊劑放入圓孔內(nèi)，然后把圓錐形齒頭4頂端和硬質(zhì)合金頭9置于超音頻感應(yīng)圈內(nèi)加 熱至1050°C，硬質(zhì)合金頭9即通過銅焊接層17與圓錐形齒頭4焊接在一起。以上實(shí)施方式齒柄2的直徑為35毫米，齒柄2的長度為94毫米，齒頭底3的直徑 為55毫米，齒頭4的頂端直徑31毫米，齒頭4的長度為90毫米，硬質(zhì)合金頭9的直徑為18 毫米。
權(quán)利要求一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，其特征在于截齒由齒體和硬質(zhì)合金頭組成，齒體包括圓柱形齒柄(2)和圓錐形齒頭(4)，齒體由兩種金屬構(gòu)成，圓柱形齒柄(2)和圓錐形齒頭(4)下端為中碳合金鋼，圓錐形齒頭(4)頂端為特制合金鋼，在圓錐形齒頭(4)頂端鉆有軸向圓孔，硬質(zhì)合金頭(9)放入軸向圓孔內(nèi)通過銅焊接層(17)與圓錐形齒頭(4)焊接在一起，圓錐形齒頭底(3)的直徑大于圓柱形齒柄(2)的直徑，其次沿其圓錐形齒頭(4)的圓錐面自上而下開設(shè)環(huán)形槽，環(huán)形槽的寬度均為7～9毫米，圓錐形齒頭(4)頂端向下第一個(gè)環(huán)形槽D(8)深度為5.5～6.0毫米，其余環(huán)形槽深度隨齒頭圓錐形增大而加深到8～9毫米，相鄰兩環(huán)形槽之間有1.5～2.0毫米的隔層，距圓錐形齒頭底(3)距離最小的是環(huán)形槽A(5)，其距離不大于圓錐形齒頭(4)長度的二分之一，距硬質(zhì)合金頭(9)底面的距離為8～12毫米。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，其特征在于所述的特制合金鋼將硬 質(zhì)合金頭(9)的焊接部分緊緊包圍，特制合金鋼的范圍大于硬質(zhì)合金頭(9)的焊接部分，并 向硬質(zhì)合金頭(9)底面延伸8 12毫米。
專利摘要一種雙金屬結(jié)構(gòu)的截齒，屬于采掘機(jī)械金屬材料和巖土工程研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用在采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)上能夠截割煤層和巖層的截齒，其特征在于齒體由兩種金屬構(gòu)成，在截齒最易磨損的齒頭頂端采用了特制合金鋼，在不易磨損的齒柄和齒頭下端采用中碳合金鋼。在齒頭頂端向下有若干環(huán)形槽，兩相鄰環(huán)形槽之間有隔層，環(huán)形槽內(nèi)用特制合金鋼焊條堆焊飽滿，由于隔層很薄，齒頭頂端形成完整的耐磨特制合金鋼。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)新穎、實(shí)用性強(qiáng)、制造方便、堅(jiān)硬耐磨、抗沖擊、抗腐蝕性能好，工業(yè)試驗(yàn)證明使用壽命比國產(chǎn)截齒提高了20～30倍，可以為國家節(jié)約大量合金鋼材，并降低采煤成本。
文檔編號(hào)E21C35/18GK201671630SQ20102004613
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者李新華, 董曉強(qiáng) 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué);太原華模研究所