遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 附錄 A 一種新型采煤機(jī)截齒的預(yù)處理和特性 摘要：截齒的可靠性和耐磨性在采煤機(jī)進(jìn)行煤礦開采中起非常重要的作用。刀錐脫落、刀片斷裂、刀身嚴(yán)重的磨損和疲勞斷裂是截齒失效的主要原因。我們對(duì) 30CrMnMo 進(jìn)行滲碳處理，合成一種新的截齒材料，以此用來提高起機(jī)械特性和高的耐磨性。此成果表明滲碳處理可以有效地提高截齒表面硬度和耐磨性。另外， 30CrMnMo 合金作為截齒一種基材，其良好的韌性可以在強(qiáng)烈的正向沖擊下可以防止起脆性斷裂和疲勞斷裂。經(jīng)過滲碳處理后的 30CrMnMo，在摩擦系數(shù)和磨損速率有效減少的情況下表明這種合 金經(jīng)過合理的滲碳作用后，對(duì)采煤機(jī)截齒而言是一種很有潛力的材料。 關(guān)鍵詞：截齒， 采煤機(jī)， 滲碳作用 ，耐磨 1.介紹 基于一項(xiàng)能與結(jié)構(gòu)調(diào)查顯示：全世界在 2008 年，煤和天然氣作為一次能源消耗各占24.1%，石油占 34.8%。然而中國在全世界一直是煤炭消耗大國之一。 2008 年約占一次能耗的 69%。因此，煤炭工業(yè)在經(jīng)濟(jì)增長中起重要作用，而且沒來很長一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為會(huì)處于不可替代的地位。另外，利用低成本的采煤機(jī)達(dá)到預(yù)期的高效益對(duì)煤炭開采是非常重要的。 如 1 圖所示，由于在采煤過程中沖擊載荷的作用下，采煤機(jī)截齒極易受 到?jīng)_擊而損壞。如 2 圖所示為損壞截齒的 SEM 圖片，證明磨損和斷裂加快了采煤機(jī)截齒的失效。與此同時(shí)，截齒的失效不僅大大地降低了煤炭開采的效率，而且也增加了開采成本。對(duì)截齒材料而言，通常選取例如 35CrMnSi、 30CrMnSi、 45 這類普通碳素合金鋼。將硬質(zhì)合金鋼焊接在上述鋼的基片上來提高其耐磨性。上述指出刀錐脫落、刀片斷裂、刀身嚴(yán)重的損壞和疲勞斷裂是采煤機(jī)截齒在煤礦開采中主要的失效原因。另外，合成高韌性和高機(jī)械性能的截齒降低成本是非常必要的。 在上述的研究中，基于 30CrMnMo 合金鋼的高韌性，我們選擇此合金 鋼作為截齒的基材。然后通過對(duì)此合金進(jìn)行滲碳作用用來增強(qiáng)其表面強(qiáng)度和它的耐磨性。 對(duì)滲碳后的 30CrMnMo 合金的表面形貌和機(jī)械性能進(jìn)行研究最后發(fā)現(xiàn)滲碳后的此合金在采煤機(jī)截齒的應(yīng)用很有潛力。 宮杰：新型大功率薄煤層采煤機(jī)總體方案及截割部設(shè)計(jì) 2 2.實(shí)驗(yàn) 30CrMnMo合金被選作為我們采煤機(jī)截齒的材料，這種合金的成分如 1表所示。 把 5 種 30CrMnMo 合金樣本放入直徑 305mm 的器皿中，在滲碳處理前這些樣本被拋光到Ra=0.2um，然后放入滲碳爐中進(jìn)行滲碳處理。一小時(shí)后爐中溫度提高到 925后，將煤油和甲醇以 120-240drp/min的速率滴入爐 內(nèi)。 4 小時(shí)滲碳處理后，這些樣本在 20 毫升油、880的條件下淬火，然后在 220溫度下保持 2.5 個(gè)小時(shí)。在 1.96N 的正常載荷下放入維氏硬度試驗(yàn)機(jī)中測(cè)量滲碳后合金的表面硬度。另外，利用金相圖片對(duì)次滲碳后的合金進(jìn)行相位和結(jié)構(gòu)的分析。最后在 ECTR 通用多功能測(cè)試機(jī)上研究發(fā)現(xiàn)此在干摩擦的情況滲碳遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 后合金的摩擦和磨損可與 GCr15 相比。 3.結(jié)果與討論 滲碳 30CrMnMo 合金的表面硬度如 3 圖所示： 由此發(fā)現(xiàn)滲碳 30CrMnMo 合金的表面硬度提高了 305%，這表明滲碳處理能有效地提高 30CrMnMo 這種合金的硬度。 這種合金滲碳層有 1.5mm 厚，這也證明滲碳層能有效保護(hù) 30CrMnMo 合金這種基材。而且，介于滲碳層和基材之間 30CrMnMo 合金良好的韌性和出色的粘著性使?jié)B碳 30CrMnMo 成為一種被制造加工成采煤機(jī)截齒非常有潛力的基材。 滲碳后的 30CrMnMo 金相圖片如 4 圖所示：經(jīng)過技術(shù)處理后，大量細(xì)顆粒狀的馬氏體形成。由于滲碳處理為起提供了高濃度的碳環(huán)境。經(jīng)過技術(shù)處理，很容易理解馬氏體的信息。同時(shí)， 30CrMnMo 合金表面的增強(qiáng)歸功于堅(jiān)硬的馬氏體。這就為如圖 3 所示硬度增加提供了有理的理解說明。 宮杰：新型大功率薄煤層采煤機(jī)總體方案及截割部設(shè)計(jì) 4 滲碳后的 30CrMnMo 合金的摩擦系數(shù)和磨損如圖 5 所示。 30CrMnMo 合金的摩擦系數(shù)在干摩擦情況下，經(jīng)過一段時(shí)間的波動(dòng)，迅速增長到 0.65。由于 30CrMnMo 較軟，合金的表面易發(fā)生塑性變形、黏著、磨損，從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)升高造成合金破壞。此圖也記錄了滲碳后的 30CrMnMo 的摩擦系數(shù)降低到 0.4，而且依然保持穩(wěn)定。這個(gè)結(jié)果表明滲碳處理有效地增強(qiáng)了其表面，提高了起變形的特性，從而減少損壞。 滲碳 30CrMnMo 合金的腐蝕速度如 6 圖所示，經(jīng)滲碳作用后的 30CrMnMo 合金腐蝕速率由 -33.2 10 減少到 -30.5 10 g/m ,說明由于一層厚的、堅(jiān)硬的滲碳層的形成，其耐磨性大大地提高。這些結(jié)論也證實(shí)由于其高的韌性和良好的表面性能的結(jié)合使得滲碳后的30CrMnMo 成為采煤機(jī)截齒的一種很有潛力的基材。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4.結(jié)論 對(duì) 30CrMnMo 合金進(jìn)行滲碳處理，合成一種新的材料，能提高其機(jī)械性能和耐磨性。這個(gè)結(jié)論證明滲碳處理形成一層厚的滲碳層可以有效地增強(qiáng)其表面。而且大大的提高了其的表面硬度和耐磨性。另外，這種合金作為截齒的基材在大的沖擊之下良好的韌性可以防止脆 性斷裂和疲勞斷裂。同樣，滲碳 30CrMnMo 摩擦系數(shù)和腐蝕速率大大降低，說明此合金