遼寧工程技術大學畢業設計（論文） 附錄 A 一種新型采煤機截齒的預處理和特性 摘要：截齒的可靠性和耐磨性在采煤機進行煤礦開采中起非常重要的作用。刀錐脫落、刀片斷裂、刀身嚴重的磨損和疲勞斷裂是截齒失效的主要原因。我們對 30CrMnMo 進行滲碳處理，合成一種新的截齒材料，以此用來提高起機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烈的正向沖擊下可以防止起脆性斷裂和疲勞斷裂。經過滲碳處理后的 30CrMnMo，在摩擦系數和磨損速率有效減少的情況下表明這種合 金經過合理的滲碳作用后，對采煤機截齒而言是一種很有潛力的材料。 關鍵詞：截齒， 采煤機， 滲碳作用 ，耐磨 1.介紹 基于一項能與結構調查顯示：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，煤炭工業在經濟增長中起重要作用，而且沒來很長一段時間內被認為會處于不可替代的地位。另外，利用低成本的采煤機達到預期的高效益對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，采煤機截齒極易受 到沖擊而損壞。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截齒的失效。與此同時，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、刀身嚴重的損壞和疲勞斷裂是采煤機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。然后通過對此合金進行滲碳作用用來增強其表面強度和它的耐磨性。 對滲碳后的 30CrMnMo 合金的表面形貌和機械性能進行研究最后發現滲碳后的此合金在采煤機截齒的應用很有潛力。 宮杰：新型大功率薄煤層采煤機總體方案及截割部設計 2 2.實驗 30CrMnMo合金被選作為我們采煤機截齒的材料，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行滲碳處理。一小時后爐中溫度提高到 925后，將煤油和甲醇以 120-240drp/min的速率滴入爐 內。 4 小時滲碳處理后，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 個小時。在 1.96N 的正常載荷下放入維氏硬度試驗機中測量滲碳后合金的表面硬度。另外，利用金相圖片對次滲碳后的合金進行相位和結構的分析。最后在 ECTR 通用多功能測試機上研究發現此在干摩擦的情況滲碳遼寧工程技術大學畢業設計（論文） 后合金的摩擦和磨損可與 GCr15 相比。 3.結果與討論 滲碳 30CrMnMo 合金的表面硬度如 3 圖所示： 由此發現滲碳 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 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滲碳 30CrMnMo 成為一種被制造加工成采煤機截齒非常有潛力的基材。 滲碳后的 30CrMnMo 金相圖片如 4 圖所示：經過技術處理后，大量細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境。經過技術處理，很容易理解馬氏體的信息。同時， 30CrMnMo 合金表面的增強歸功于堅硬的馬氏體。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總體方案及截割部設計 4 滲碳后的 30CrMnMo 合金的摩擦系數和磨損如圖 5 所示。 30CrMnMo 合金的摩擦系數在干摩擦情況下，經過一段時間的波動，迅速增長到 0.65。由于 30CrMnMo 較軟，合金的表面易發生塑性變形、黏著、磨損，從而導致摩擦系數升高造成合金破壞。此圖也記錄了滲碳后的 30CrMnMo 的摩擦系數降低到 0.4，而且依然保持穩定。這個結果表明滲碳處理有效地增強了其表面，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、堅硬的滲碳層的形成，其耐磨性大大地提高。這些結論也證實由于其高的韌性和良好的表面性能的結合使得滲碳后的30CrMnMo 成為采煤機截齒的一種很有潛力的基材。 遼寧工程技術大學畢業設計（論文） 4.結論 對 30CrMnMo 合金進行滲碳處理，合成一種新的材料，能提高其機械性能和耐磨性。這個結論證明滲碳處理形成一層厚的滲碳層可以有效地增強其表面。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 摩擦系數和腐蝕速率大大降低，說明此合金