1 試驗(yàn)材料和方法

　　本次試驗(yàn)采用了牡丹江北方合金有限公司新研制的BG35型合金頭和45CrMo合金鋼作為基體材料，通過(guò)中頻感應(yīng)釬焊-熱處理一體化的方法獲得一種高強(qiáng)度硬巖截齒。

　　1.1 試驗(yàn)材料

　　采用g產(chǎn)45CrMo合金鋼為齒體材料，齒頭采用BG35硬質(zhì)合金，釬焊選用HL801片狀銅鋅釬料，釬焊選用FB105(硼砂+硼酸+氟化鉀)。

　　1.2 試驗(yàn)方法

　　(1) 齒體制作試樣將42CrMo合金鋼冷鐓成鎬型齒體，并車削齒孔(要求表面粗糙度R 6.3，因?yàn)楹附颖砻娲植诙忍停?xì)作用難以進(jìn)行，釬料難以潤(rùn)濕)。分別制作4種間隙尺寸的試樣，如下。

　　齒體試樣尺寸　　試樣間隙/mm   齒柄Z徑/mm     截齒長(zhǎng)度/mm      數(shù)量/件

　　       1*                       0.1                      30                      152                    3

　　       2*                      0.2                       30                      152                    3

　　       3*                      0.3                       30                      152                    3  

　　       4*                      0.4                       30                      152                    3

　　(2) 焊前清理

　　硬質(zhì)合金頭用磨片去除表面疏松的氧化表皮，清理油污，然后經(jīng)翻斗研磨拋光鈍化處理，用清水清洗，置于50%的硼砂溶液中煮沸5min，烘干，烘干溫度100~120℃，齒孔部分用HC1水溶液酸洗，酸洗溫度40~60℃，酸洗時(shí)間10~20min。酸洗后再用棉布蘸丙酮擦拭干凈。

　　(3) 釬焊和熱處理

　　將片狀的釬焊料預(yù)先放置到齒孔的底部，然后將清洗好的齒孔、合金頭進(jìn)行裝配，利用可控硅中頻發(fā)生裝置進(jìn)行齒頭的感應(yīng)釬焊。焊后分別采用分級(jí)淬火和等溫淬火和壓溫淬火3種方式進(jìn)行淬火處理，淬火后低溫回火去除淬火應(yīng)力。

　　(4) 焊縫充滿度觀察及計(jì)算

　　縱向及橫向剖切截齒取樣，用5倍放大鏡觀察焊縫并測(cè)量實(shí)際長(zhǎng)度，焊縫充滿度

　　A=L/x100%

　　式中 L——縱、橫兩截面上實(shí)測(cè)有用焊縫長(zhǎng)度之和;

　　——縱、橫兩截面上理論計(jì)算長(zhǎng)度之和。

　　(5) 剪切強(qiáng)度試驗(yàn)

　　按照MT246-2006<煤礦用截齒>推薦的方法分別對(duì)截齒進(jìn)行釬縫抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)。

　　(6) 硬度試驗(yàn)

　　按照GB/T230.1-2004<金屬洛氏硬度試驗(yàn)>的方法分別對(duì)截齒齒頭部分取樣進(jìn)行洛氏硬度試驗(yàn)。

　　2、 試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　釬焊時(shí)，加熱變成液體的釬料不是沿固態(tài)母體表面自由鋪展，而是填滿釬縫的全部間隙。由于釬焊的間隙很小，類似毛細(xì)管，釬料是依靠毛細(xì)作用在釬縫間隙內(nèi)流動(dòng)的。因此，釬料能否填滿釬縫取決于它在母體間隙中的毛細(xì)流動(dòng)特征。截齒釬焊焊縫間隙的大小是影響焊縫致密性和焊縫強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，如果間隙太小，會(huì)妨礙釬焊料流入，而間隙過(guò)大，則又會(huì)破壞釬焊縫的毛細(xì)管作用，使釬料不能填滿焊縫間隙。截齒的釬焊是合金鋼與硬質(zhì)合金的異種材料焊接，考慮硬質(zhì)合金的線膨脹系數(shù)是鋼的1/2~1/3，因此釬焊縫間隙應(yīng)比鋼與鋼焊接時(shí)稍小。通過(guò)對(duì)4組不同間隙焊縫的試驗(yàn)研究，獲得試驗(yàn)結(jié)果如下。

　　 截齒試驗(yàn)結(jié)果記錄

　　試樣                                   間隙/mm                     焊縫充滿度/%                   抗剪強(qiáng)度/MPa

　        　1-1*                              0.1                                83.5                                      260.4

　        　1-2*                              0.1                                81.1                                      246.1

　　        1-3*                              0.1                                80.2                                      240.7

　        　2-1*                              0.2                                97.3                                      327.5

　        　2-2*                              0.2                                96.2                                      320.4

　        　2-3*                              0.2                                95.8                                      311.5

　　        3-1*                              0.3                                96.3                                      292.1

　　        3-2*                              0.3                                98.1                                      306.2

　        　3-3*                              0.3                                94.7                                      290.5

　　        4-1*                              0.4                                89.2                                      280.2

　　        4-2*                              0.4                                88.4                                      277.3

　　　　4-3*                              0.4                                90.8                                      281.5

　　由此可見，釬焊時(shí)焊縫間隙越小，焊料越容易充滿焊縫，焊接強(qiáng)度愈高，但焊接應(yīng)力愈高，反之亦然。這是由于基本金屬?gòu)?qiáng)度比釬料高，處于狹小間隙中的釬料層在發(fā)生塑性變形時(shí)，收到高強(qiáng)度的基體金屬的限制，在其接頭中形成了比較復(fù)雜的內(nèi)應(yīng)力，結(jié)果時(shí)接頭強(qiáng)度隨著間隙的減小而增大，同時(shí)，卻因焊縫塑性變形能力的減弱而使焊縫接應(yīng)力升高。但是，若焊縫間隙過(guò)小時(shí)，合金片與鋼體在有些地方甚至?xí)o密接觸，從而釬料熔化后不能鋪展到整個(gè)焊接表面，使接頭強(qiáng)度降低。間隙過(guò)大時(shí)，焊后基體對(duì)焊縫的支持作用減弱，以及大間隙中焊料呈柱狀鑄造組織，晶粒粗大，組織疏松，強(qiáng)度和韌性較差，導(dǎo)致接頭強(qiáng)度下降。

　　釬焊時(shí)一般都發(fā)生母材向液態(tài)釬料的溶解過(guò)程。母材向釬料的適量溶解，可使釬料成分合金化，有利于提高接頭強(qiáng)度。隨著釬焊溫度的提高，保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，母材在液態(tài)釬料中的溶解量都將增多。但是，母材的過(guò)度溶解會(huì)時(shí)液態(tài)釬料的熔點(diǎn)和粘度提高，流動(dòng)性變壞，往往導(dǎo)致不能填滿釬縫間隙，因此釬焊時(shí)間要根據(jù)基體材料和釬料的不同適當(dāng)進(jìn)行選擇。

　　截齒頭部在經(jīng)歷了釬焊時(shí)的高溫作用后表面硬度會(huì)有所下降，尤其是作為齒體材料的42CrMo合金鋼焊后硬度下降幅度較大。按照煤炭行業(yè)截齒生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：截齒齒體硬度為HRC40~45，抗沖擊韌性不小于49J/c.而作為截割硬巖用的高強(qiáng)度截齒，更是要求截齒頭部硬度要達(dá)到HRC50以上，抗沖擊韌性達(dá)到49J/c以上。而作為截割硬巖用的高強(qiáng)度截齒，更是要求截齒頭部硬度要達(dá)到HRC50以上，抗沖擊韌性達(dá)到49J/c以上。因此，截齒頭部齒體部分釬焊后b須進(jìn)行熱處理，以獲得高硬度和良好的抗沖擊能量。

　　本次試驗(yàn)分別采用了分級(jí)淬火、等溫淬火和亞溫淬火3種方式來(lái)提高截齒頭部的硬度。分級(jí)淬火工藝;焊后空冷到880℃后將截齒放入300℃的鹽槽中冷卻，保持2h，然后取出空冷。亞溫淬火工藝;焊后空冷到830℃后將截齒進(jìn)行260℃的水冷，然后取出空冷。試驗(yàn)結(jié)果見下。

　　熱處理試驗(yàn)結(jié)果記錄

　　試樣                     淬火方式                      硬度 HRC                   抗沖擊韌性A/J.c

　　2-1*                      分級(jí)淬火                          58                                     34

　　2-2*                     等溫淬火                          48                                      60

　　2-3*                     亞溫淬火                          54                                      66

　　截齒分級(jí)淬火是在截齒頭部材質(zhì)為42rMo合金鋼齒體發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變后，侵入等于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M，點(diǎn)溫度的鹽槽中保持一段時(shí)間，使截齒整體達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體組織，獲得的馬氏體組織的截齒頭部硬度較高，但是出于馬氏體韌性很差，所以截齒抗沖擊性能達(dá)不到要求。截齒等溫淬火是在45CrMo合金鋼齒體發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變后快冷到貝氏體溫度區(qū)間等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變成貝氏體。貝氏體組織的截齒韌性雖然有很大提升，但是硬度為260℃，而沒(méi)選用常規(guī)等溫淬火溫度880℃，這主要考慮在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下選用低的淬火溫度和下限等溫溫度，這樣盡可能遠(yuǎn)離釬料的熔點(diǎn)。
通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)也使我公司在生產(chǎn)硬巖截齒方面取得了很大的成果，同時(shí)也為我g生產(chǎn)煤炭節(jié)約成本做出了特定的貢獻(xiàn)，買硬巖截齒就選山德維克，打不動(dòng)，不不易磨損，找我！