采煤机渗硼截齿

采煤机截齿渗硼技术应用研究

摘要：截齿是采煤机中的重要零部件，由于它的工作条件和工作环境十分恶劣，所以，要求有高的耐磨性，高强度及良好的韧性。煤炭行业的MT246—1996标准中截齿材料为合金结构钢，热处理要求齿头HRC>40,齿柄HRC>38,冲击韧性AK>48J/CM2.但由于通常的热处理手段很难准确的控制淬火硬度和其他热处理指标，截齿硬度及其它指标都不够稳定，而截齿的硬质合金钎焊又经常出现硬质合金掉头的现象，寻找更为有效的方法是解决采煤机截齿当前问题的首要任务。

关键词：采煤机截齿渗硼处理

渗硼能够显著提高金属表面的性能,目前的研究方向主要是降低渗硼温度,多元复合渗硼改善渗层显微组织、显微硬度、脆性和耐磨性,以及渗硼共晶化使渗层与基体呈冶金结合,从而改善以往的渗硼层脆性大、容易剥落等问题。

渗硼是近些年发展起来的一种新型热处理工艺，它是向金属或其他合金扩散渗入硼元素，以获得金属材料的硼化物的化学热处理方法。钢铁经过渗硼以后，表面具有很高的硬度和较高的耐磨性、良好的耐蚀性、抗高温氧化性和热硬稳定性。该工艺已经逐渐在石油化工机械、汽车摩托车制造、纺织机械、工模具等方面广泛应用。

钢铁经过渗硼处理以后，强化性能主要变现为：（1）高硬度和高耐磨性；（2）高的热硬性铁硼化合物FeB和硼化亚铁是十分稳定的化合物，它具有良好的热硬性。经过渗硼的钢铁零件，一般在800度以下能保持高硬度，能可靠地工作；（3）良好的抗高温氧化性、抗蚀性，在高温下，工件表面的铁硼化合物与氧反应，生成三氧化二硼，使得工件受到保护，使氧化过程停止或减缓，经渗硼处理的钢件在600度以下抗氧化性能良好。渗硼对盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、氢氧化钠水溶液、氧化钠水溶液都具有较高的抗蚀性。

金属渗硼层具有良好的抗磨性和红硬性，不足之处是脆性较大。一方面是由于金属渗硼层较薄（通常为30～150μm左右），而其线膨胀率与基体差别大，一旦受力、受热，容易剥落；另一方面由于金属渗硼层硬度太高（尤其是FeB 可达2200～2400HV），一旦受到冲击就可能发生崩落。倘若采用深层渗硼且使其锯齿状组织嵌入基体，就可以将其应用于重载采煤机截齿。如此，不但可以改

善采煤机的工作条件，而且和截齿焊接硬质合金比较还可以降低生产成本，提高经济效益。本文试图就该设想的可行性进行研究，以扩大渗硼应用范围。

截齿渗硼处理技术及工艺

1、截齿材料的选择

采煤机截齿不仅工作环境恶劣，而且还要承受不同程度、瞬间变化的冲击载荷和剪切应力。所以，截齿的基础材料选择必须满足一定的渗层厚度和较好的综合力学性能要求，同时具备较好的强度和韧性。在应用过程中，多采用20钢、45钢、40Cr钢。通过试件的渗硼厚度、渗硼层外观形貌以及基材碳含量对渗硼层性能等多项结果比较，45钢做为截齿基体材料有较好的可选择优势。

2、稀土元素对渗硼效果的影响

选择稀土元素是为了提高金属渗硼效果。选择良好的渗剂不仅可以获得较深的渗层，而且渗层的组织结构质量也比较好，唯一的缺陷是工艺周期太长，约需20小时。为此，在渗剂中适量加入了稀土元素，以期缩短渗硼时间、提高机体性能和减少能耗。加入10%的稀土元素，可使渗硼速度提高20%到30%。此外，稀土催渗，不仅使渗层化合物深度增加，而且还使渗层的均匀扩散层明显加深。

3、渗硼工艺性分析

（1）固体渗硼具有渗剂配置容易，渗硼后表面无渗剂残留，所需设备简单，不需要专门设备，工工艺简便，适用于各种形状的工件，并可实现局部渗硼的优点，应用也较多。缺点是固体渗硼耗能大，热效率和生产效率低，工作环境差，劳动强度大，深层组织和深度较难控制。

（2）膏状渗硼，在粉状渗硼剂中加入粘结剂制成粒状渗硼剂，可以提高渗剂的高温强度，使用时渗剂不结块，不黏工件，劳动条件有所改善。将渗硼剂与粘结剂一起制成膏剂状或料浆状，涂在工件上欲渗硼的部位，可进行局部渗硼。固体渗硼剂一般由供硼剂、活化剂、填充剂组成。供硼剂的作用是产生活性硼原子，常用的供硼剂有碳化硼、硼铁、三氧化二硼、硼砂等；活化剂的作用是使被渗工件表面保持活化状态，使硼原子容易吸附于工件表面并向内扩散。

采煤机截齿复合渗硼替代焊接硬质合金2007-1-15 来源：中国矿冶设备网金属渗硼层具有良好的抗磨性和红硬性，不足之处是脆性较大[2]。一方面是由于金属渗硼层较薄(通常为30～150μm左右)，而其线膨胀率与基体差别大，一

旦受力、受热，容易剥落；另一方面由于金属渗硼层硬度太高(尤其是FeB可达2200～2400HV)，一旦受到冲击就可能发生崩落。倘若采用深层渗硼且使其锯齿状组织嵌入基体，就可以将其应用于重载采煤机截齿。如此，不但可以改善采煤机的工作条件，而且和截齿焊接硬质合金比较还可以降低生产成本，提高经济效益。

采煤机截齿不仅工作环境恶劣，而且还要承受冲击载荷和剪切应力。所以，基材的选择应该既能达到一定的渗层厚度和较好的综合力学性能，又能有较好的强度和韧性。采煤机截齿工作条件复杂，煤体虽软但其中常常夹着矸石、黄铁矿、石英等硬料。既然要求截齿具有很强的抗冲击和抗磨损能力，就必须对渗硼层厚度提出要求。

综述了近十年国内渗硼工艺的应用状况，大量研究表明在这方面已取得了显著成果，并收到很好的经济效益。如能解决渗硼温度高和渗硼层脆性的问题，能使渗硼工艺更加广泛地应用。

参考文献：

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