采煤机齿座选材分析.pdf

问题 探 讨 采 煤机 齿座 选 材 分 析 王 云 霞 晋城无烟煤矿业集团公司， 山西 晋城o 4 8 o o o 摘要 综述 了采煤机齿座对耐磨性 、 强韧性及焊接性能的要求 ， 讨论 了目前 国内外常用齿 座材料及工艺 ， 指出了低碳合金钢渗碳淬火齿座是今后发展方向。 关奠词 齿座； 低碳合金钢； 渗碳 淬火 中圈分类号 TD 4 2 1 ． 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 5 - 2 7 9 8 2 0 0 3 0 2 -- 0 0 4 6 - 0 1 齿座在使用过程中常见的损坏形式见表 1 。早 期小功率采煤机 的齿座多用中碳钢等精铸而成 ， 但 随着重载大功率采煤机对齿座提出了更高的强度要 求， 许多制造厂家选用中碳高强度钢 ， 但该钢种在加 工 、 使用过程中经常出现焊裂 、 脆断 、 早期磨损等不 足。从工艺性 、 使用性及可靠性 出发， 为克服上述不 足， 一些制造厂家转向用低碳合金钢， 并经渗碳淬火 等工艺进行热处理， 虽然工艺较为复杂 、 成本较高， 但基本上消除了焊裂、 脆断、 克服了耐磨性差等报废 失效 现象 ， 最 近引进海 德拉齿座 ， 无论从 材料 、 工艺 、 性能均都提出了更高的要求 ， 这对我 国生产企业来 讲 也就面 临着更加严 峻的考验 。 裹 1 齿座 常 见损 坏 形式 损 坏形式 主要原 因 焊 缝开 裂 沿销孔整体开裂 上 表面 磨损 内孔 磨损 碳当量高 ， 焊接质量不 良， 焊缝有组织转变 基体 硬度 高 ， 塑性 韧性 差 表面组织不好， 硬度低 ， 耐磨性差 表 面组 织 不好 ， 硬度低 ， 耐 磨性 差 1 采煤机齿座的工 况特性 1 耐磨性。采煤机齿座的作用是联接滚筒 和截齿， 把截割部动力传至截齿而割煤 ， 在割煤过程 中虽然是截齿 刀头 直接 割煤 ， 但 同时 齿 座 的表 面也 受到煤层及岩石等激烈 的冲撞磨损， 齿座 内孔与截 齿 问也有 一定 的撞 动 ， 故也 需 良好 的耐磨性 。 2 抗冲击性。由煤质或岩石、 煤层及顶板的 局部变化， 采煤机的频繁启动及停机， 使齿座承受短 时超载及不规则的巨大冲击作用， 有资料介绍 ， 采煤 机截割部的工作载荷有时高达主动机额定功率和转 数的 7 倍 ， 这就要求齿座不但具有高硬度、 高耐磨 性， 而 目 还应具有 刃 塑性、 抗冲击性及过载能力。 3 工艺性 。 目前齿 座 和滚 筒 的联 接 是通 过 焊接来完成的， 在满足上述条件下， 还要保证 良好 的 可焊性 ， 焊缝及 过渡 区金相组织 良好 ， 硬度梯度缓 慢 ， 应力小 ， 焊后不裂。并尽可能不采用预热。 4 可靠性 。由于矿井下一般是不允许焊接 的， 一但发生齿座质量 问题， 需将滚筒卸下 ， 提升地 面进行检修 ， 这将严重降低工作效率 ， 所以要求应有 较高 的可靠性 。 2 目前齿座材料的现状及工艺 1 铸造齿座 较早的采煤机齿座是由中碳钢 精铸而成 ， 热处理工艺是进行整体调质 ， 这种齿座虽 然工艺简单， 成本较低， 但组织不致密 ， 铸造缺陷多 等。虽然经过调质处理， 但各种性能较差， 满足不了 要求。 2 高强度的钢齿座 为提高齿座的强度而采 用高强度钢 3 0 C r M S i 、 3 5 C r Mr ， 经锻一正火一 机一调质处理 ， 虽然淬透性高 ， 强度提高 了， 但耐磨 性及韧塑性较低， 焊接性能不好 ， 在加工及使用过程 中经常出现焊裂 、 脆断 、 早期磨损等， 见表 1 。 3 低碳合金钢渗碳淬火齿座 为更好满足采 煤机齿座的工况条件， 开始采用低碳合金钢 ， 经渗碳 淬火加工齿座。这种材料含碳量低 、 碳 当量低 、 焊接 性能好。合金元素总含量较低， 成本低。但品种多 ． 故淬透性高。经渗碳淬火后， 渗碳层组织为马氏体 加碳 化 物 ， 硬 度 可 达 5 8 HR C 以上 ， 故 表 面 耐 磨性 好 ， 而基体为细板条马氏体组织， 下转第 5 2页 收稿 日期 2 0 0 3 - 0 2 1 4 作者筒介 王云霞 1 9 6 8一 ， 女 ， 山西晋城人 ， 工程师 ， 现从事科技管理工作 。 4 6 Cb a I 2 舯 3 维普资讯 架端部钩头变 形 和微 裂现 象 ； 采 用方 案二 改 进 的底 托架基本 消除松 动 问题 ， 也 少 量 出现新 钩 头焊 接部 位微 裂现象 。对这两种 改进方案进行对 比分析 方案 一 未改变原钩头部键槽这一 薄弱环节 ， 加之新加 的钩 头力臂过长， 新钩头受力条件变坏， 尽管增加 了加强 筋， 仍然出现钩头变形和微裂现象， 而方案二基本消除 了上面提到的不利因素， 仅在新钩头焊缝质量不好的 情况下出现微裂现象， 只要改善焊缝质量， 这种损坏即 可消除 。因此 ， 确定方案二为优选改进方案。 l 一底托架 ； 2 一采煤机箱体； 锲铁； 4 一螺栓 ； 5 一定位块； 6 、 7 一 螺栓 及螺 母 ； 8 锲 块 ； 9、 l O 一螺 栓及 螺母 ； l l 一新 钩 头 ； l 2 一 加 固筋 图 2 改进锲紧定位结构 4结语 根 据上 面 的结论 ， 对 潞安 矿业 集 团公 司各煤 矿 井 下使用 的 MXA -- 3 0 0 ／ 3 ． 5 G采煤机底 托架端部 定 位锲紧结构 均采取 方案 二 的方 式 进行 了改造 ， 同时 优化焊接工 艺 ， 提 高焊 缝 强度 。对 改进 后 的采煤 机 底托架使 用情况 进行 跟踪 ， 改进 后 的采 煤 机底托 架 从 未 出现变形 和断裂 ， 采煤机工作 稳定 ， 采煤机 连续 无故 障工作 时间大 幅度 提 高 ， 为煤 矿 创造 了较好 的 经济效益 。 上接 第 4 6页 硬 度 3 0 0 HB左 右 ， 强 韧 性 配 合 最 好 ， 抗冲击能力强 ， 是 目前较为合适的齿座材料 ， 几 种 材料齿 座优 缺点 ， 见表 2 。 表 2 几种材料齿座的对 比 ZG4 I Cr 3 5Cr l 吐n si 2 O Cr Ni M 0 材料 性 能 工 艺 性 能 组 织 不 致 密 ， 缺 陷 多 ，强 度 不 高 。 韧 塑性 较低 淬 透性 低 ， 碳 当 量 高 ， 焊 接性 能 不好 强度 高 。 韧 塑 性 较 好 淬 透性 好 ， 碳 当 量高， 焊接性能 差 表 里 硬度 相 同， 对芯部来讲 ， 硬 躲 毓 同 左 硬 度 偏 高 ， 耐磨 强 度 高 。 韧 塑性 好 淬透 性 好 。 碳 当 量低 ， 焊 接 性 能 好 淬 碳淬 火 后 ， 芯 部 硬 度适 中 ， 韧 塑性 高 。 而表 面 硬 度 高 组 织 耐 磨 ， 故耐 磨性 好 3 进 口齿 座国产化 的开发与研制 以海德拉为代表的进 口齿座采用低碳合金钢经 渗碳淬 火热 处 理 ， 基 本 性 能与 我 国 的 2 0 C r Ni Mo齿 座类 同 ， 不 同之 处如下 1 含碳量稍低 ， 合金元素含量较高 ， 特别是 含 Ni 量 ， 其特点是 透性高 。能保证大截 面齿 座全部 淬透 。 5 2 Co a l 2／ 2 0 0 3 l 底托架； 2 一采煤机箱体 ； 3 锲块 ； 4 、 5 一 螺栓 及螺 母 ； 6 一新 钩头 ； 7 一 加 固筋 图 3 优化锲紧定位结构 [ 责任编辑 李巧英 】 2 经渗碳 淬火 后 ， 渗 碳层 淬 火组 织好 ， 不 易 生成粗大网状碳化物 ， 一般为颗粒状碳化物 马氏 体及少量残余奥 氏体， 基体 为韧塑性很高的板条马 氏体。因为合金元素 Ni 是在钢中即能增加强硬度 ， 又能增 加韧塑性 的唯一元素 。 3 焊接性较好 ， 因本身钢材含碳量稍低 ， 合 金元 素虽然含量 高 ， 但 主要是 Ni ， 而 Ni 元 素对 碳 当 量 影响远 比 Mn、 Cr 、 Mo要 低 ， 所 以总体 上碳 当量 是 较低 的。 随着采 煤机 日新 月异 的发展 ， 齿座 材料 及工 艺 也随之相应的变化 ， 由低碳低合金向低碳高合金发 展是大功率采煤机齿座选材的发展方 向， 根据进 口 齿座的解剖检验结果 ， 结合我国的材料及企业现有 的设 备状况 ， 将 同时进行 两种材料 的研 制工作 ， 一种 材料是 2 0 C r Ni Mo ， 另 一 种 材 料是 低 碳 高 合 金 。热 加工工艺均为渗碳淬火 ， 严格控制热加工质量， 无论 从渗层深度、 渗层组织 、 表面硬度、 基体硬度等各项 指标均应达到或超过设计要求。这两种新材料的研 制成功 ， 将极 大 的提 高 采 煤 机齿 座 的先 进 性 、 可 靠 性 、 经济性 。 [ 责任编辑 魏晋英】 维普资讯