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采煤机截齿作为采煤机的刀具,是采煤过程中消耗最大的零件之一,截齿的提前失效不但降低了生产效率,还造成了材料的浪费。本文选用金属型镶铸法制备采煤机截齿,齿头选用耐磨性能优异的高铬白口铸铁,齿体选用兼具韧性和硬度的低合金钢。将齿体金属液浇入预先放置齿头的镶铸模具中,机械加工后进行分段热处理,制成金属型镶铸截齿。镶铸法使得齿头与齿体间能够产生冶金结合,再结合齿头圆台形结构的设计,使得齿头能够牢牢固定在齿体中。本文对金属型镶铸截齿的材料成分、模具、热处理工艺进行了设计,保证制造工艺简单、两种材料的镶铸效果好、热处理后截齿的组织与性能均满足设计要求。对不同热处理态的金属型镶铸截齿的微观组织、物相组成、物理性能和力学性能进行了测试与分析,对金属型镶铸截齿进行了采煤现场测试。得到以下结果:金属型齿头的共晶碳化物尺寸远小于砂型齿头。齿头材料在淬火后,组织由奥氏体+马氏体+共晶碳化物转变为马氏体+共晶碳化物+二次碳化物,经过淬火后,齿头材料的硬度为65~68HRC。从930℃升高到950℃,随着淬火温度的升高,材料的硬度增加,但增幅不大。相较于不含钨元素的齿头材料,含钨齿头由于钨元素溶入基体和形成碳化物的原因,经过930℃淬火后,含钨齿头中的奥氏体全部转变为马氏体,含钨齿头的硬度更高、耐磨性更好。但是通过分析可知,钨和钼的碳化物会偏聚在基体的晶界处,导致材料部分偏析,并且难以消除。金属型齿体铸态组织为铁素体+珠光体+魏氏组织,淬火组织为马氏体,正火组织为铁素体+珠光体。由于铸钢在铸造时冷速过快,导致铸态组织存在大量魏氏组织,降低材料性能,通过淬火和正火处理后,能够消除魏氏组织,经过回火后,淬火组织转变为回火马氏体,正火组织没有变化,是为了消除截齿的内应力,保证材料性能。齿体材料淬火态的硬度为55HRC,淬火+回火的硬度下降较小,正火态的硬度为45.6HRC,回火后硬度基本没有变化,齿体材料的铸态冲击韧性为143,正火态冲击韧性为172,齿体的硬度、冲击韧性均高于《MT/T 246-2006采掘机械用截齿》的要求,能够保证截齿耐磨的同时不发生弯曲或断裂。金属型镶铸采煤机截齿结合区的分析表明:结合区处发生了冶金结合,使得结合处有宽度约为17.5μm的融合区,镶铸区域平均剪切强度为188.83MPa。通过热膨胀系数和应力分析表明:齿头材料内应力较小,齿体材料受到压应力。通过对齿头与齿体距端部不同距离的组织分析,齿头材料和齿体材料均呈现出缓慢变化的组织形貌,齿头越靠近端部,其基体、碳化物越细小,组织越均匀;靠近端部齿体出现马氏体组织,距端部越远,马氏体组织越少,直到马氏体组织全部消失,组织位铁素体+珠光体。经过黑龙江省双鸭山市和鹤岗市的采煤现场测试表明:金属型镶铸采煤机截齿的齿头不发生脱落,齿头随齿体一同磨损,截齿使用寿命直到齿头全部磨损为止,并且齿体没有发生断裂,仅有少数截齿发生了弯曲。金属型镶铸截齿在高硬度的煤矿中,使用寿命与奥德截齿接近,但制造成本大大降低,在普通硬度的煤矿在,使用寿命优于传统钎焊截齿。