基于激光熔覆的礦用截齒性能實驗研究

【摘 要】截齒是煤礦機(jī)械常用的切割煤層的刀具，截齒失效問題嚴(yán)重影響采煤效率和工程進(jìn)度。本文使用激光熔覆技術(shù)在截齒表面熔覆鐵基合金和鎳基合金，增強(qiáng)截齒的表面性能，并分析其強(qiáng)化機(jī)理以后對截齒的表面改性提高參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 激光熔覆 截齒 耐磨性能 顯微硬度 鎳基碳化物合金粉 鐵基碳化物合金粉

引 言

采煤機(jī)截齒是煤礦機(jī)械中的常用易損件[1]。張德強(qiáng)等[3]研究了離焦量對激光熔覆鎳基碳化物時的影響，最終得出最優(yōu)化的工藝參數(shù)為：掃描速度為2mm/s，送粉電壓8V，激光功率1200W，最佳的離焦量為3mm。在截齒的修復(fù)研究過程中，缺少對兩種粉末得到的熔覆層的硬度和耐磨性能進(jìn)行對比，深入研究哪種粉末更適合修復(fù)失效的截齒。本文通過對比鐵基碳化物和鎳基碳化物粉末的熔覆層的各項性能，研究延長截齒壽命的金屬粉末與工藝參數(shù)。

1.實驗結(jié)果與分析

1.1鎳基熔覆層的顯微硬度

圖3為鎳基碳化物粉末在不同出粉量條件下的硬度圖。由圖可知，熔覆層中存在最大值為1350HV0.3左右，除去這個突變點(diǎn)，熔覆層硬度值可達(dá)到750HV0.3。熱影響區(qū)硬度達(dá)到620HV0.3。基體硬度240HV0.3。在硬度圖的0點(diǎn)處三條曲線均出現(xiàn)明顯下降的現(xiàn)象，在出粉量為35g/min的硬度曲線下降幅度最小，出粉量為30g/min的硬度曲線下降幅度值最大。這是由于出粉量為30g/min的熔覆層較薄，無法全部吸收激光的熱量，導(dǎo)致基體和熔覆層均熔化并在兩者之間發(fā)生對流，降低了在0點(diǎn)的硬度，出粉量為40g/min在0點(diǎn)的硬度值低于35g/min的硬度值，是因為出粉量為40g/min時 的熔覆層較厚，在相同功率下產(chǎn)生的熱量不足以使在出粉量為40g/min條件下的熔覆層與基體良好的結(jié)合，所以，在0點(diǎn)位置， 粉量為40g/min條件下的熔覆層的硬度值低于粉量為35g/min條件下的熔覆層的硬度值。由于互熔并發(fā)生對流的范圍較小，因此上層的熔覆層中，晶體之間的結(jié)合能、晶體鍵能和內(nèi)能增加，導(dǎo)致上層的硬度較大。

1.2鐵基熔覆層的顯微硬度

圖4（a）是在出粉量為20g/min的硬度曲線圖，圖4（b）是在出粉量為25g/min的硬度曲線圖。

由圖4可知，在不同出粉量條件下，熔覆層的最高硬度可達(dá)到816HV0.3，熱影響區(qū)硬度可達(dá)到657HV0.3，基體硬度為240HV0.3左右。在0點(diǎn)處，在不同出粉量的條件下，其硬度曲線都有不同幅度的下降，這是由于熱影響區(qū)的基體和熔覆層均熔化后相互滲透導(dǎo)致硬度值降低。從圖中可觀察到在25g/min條件下的熱影響區(qū)范圍最廣，可能是因為20g/min條件下的熔覆層厚度較小，熔覆后的熱量能快速的傳入周圍的環(huán)境，沒有對基體進(jìn)行長時間的能量傳遞，所以，熱影響區(qū)的范圍較小，也可能是因為在實驗時，由于受熔覆出粉量為20g/min的熔覆實驗影響，在基體進(jìn)行出粉量為25g/min實驗前，基體已經(jīng)存在熱影響區(qū)，或者基體內(nèi)的熱量未被散盡就開始了第二次實驗。

3結(jié)語

鎳基碳化物的熔覆層的硬度普遍達(dá)到為750HV0.3，部分區(qū)域的硬度可達(dá)到1350HV0.3，鎳基碳化鎢的熔覆層能的硬度普遍是基體硬度的3.1倍，其熱影響區(qū)的硬度可達(dá)到620HV0.3，將基體硬度提高了250%，鐵基碳化物的熔覆層硬度為816HV0.3，是基體的3.4倍，其熱影響區(qū)硬度可達(dá)到657HV0.3，將基體硬度提高了270%，鐵基碳化物比鎳基碳化物粉末能更好的提高截齒的硬度。鐵基碳化粉末更適合提高截齒的綜合性能。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 趙文強(qiáng)，苗鴻賓，梁艷.采煤機(jī)截齒的激光熔覆修復(fù)技術(shù)研究[A].煤礦機(jī)械.2012， 33（4）：175-177.

[2] 張德強(qiáng)，張吉慶，李金華等.離焦量對45#鋼表面激光熔覆鎳基碳化物粉的影響[A].表面技術(shù).2015，44（12）：92-97.

第一作者簡介： 于計劃（1987-）男，漢碩士，現(xiàn)職于中原工學(xué)院機(jī)電學(xué)院，主要研究領(lǐng)域：紡機(jī)測試