采煤機導向滑靴堆焊層耐磨性能的研究

趙慶飛

（山西晉城晉煤集團寺河煤礦二號井，山西 晉城 048000）

導向滑靴是采煤機的承載部件，作業過程中會直接接觸導軌，為了確保采煤機的使用性能和使用壽命，導向滑靴堆焊層需要采用強度、韌度和耐磨性能均表現出色的金屬，但是目前實際應用的材料很難滿足采煤機導向滑靴的綜合性能要求，這在一定程度上也限制了采煤機的使用壽命。為了提高導向滑靴耐磨性能，采煤機生產廠家往往會選擇更為耐磨的金屬材料或者是對磨損嚴重的部位進行特殊處理，導向面直接堆焊耐磨層是目前大功率采煤機導向滑靴耐磨加工的主要方法。為了保證本次研究的合理性，以MHV型導向滑靴為研究對象，選擇了煤礦行業常用的四種具有代表性的耐磨材料觀察比較材料的金相組織、耐磨性能和硬度等參數，分析采煤機導向滑靴堆焊層耐磨性能的影響因素，為采煤機生產中堆焊材料的選擇提供依據，從而提高采煤機導向滑靴的耐磨性能。

1 試驗

1.1 試驗材料

MHV型導向滑靴一般使用的堆焊材料為ZG35CrMnSi，依次經過正火回火處理。實驗選擇焊條（HD01）、耐磨焊絲（DG09）、堆焊耐磨焊絲（HS02）和美國進口耐磨板（SA03）四種材料作為研究對象。為了使實驗盡可能接近真實作業條件，刮板輸送機導軌材料為ZG30SiMn，使耐磨材料與其進行直接接觸，模擬采煤機的工作。

1.2 試驗方法

1.2.1 試塊制備

在試驗中會嚴格根據實際生產工藝的要求進行耐磨材料的堆焊，避免實驗數據的偏差，試塊基體ZG35CrMnSi規格為100×50×30mm，制作3塊，試塊完成后需要將表面的雜質油污等去除掉。在堆焊前對基體進行加熱，加熱到300℃～350℃，按照焊接工藝對四種耐磨材料進行分層堆焊。需要注意的是試驗中金屬的堆焊厚度應符合采煤機導向滑靴實際耐磨面厚度，同時采用石棉對堆焊層進行保溫，使其緩慢冷卻，SA03耐磨板規格50×30×10mm。

1.2.2 金相觀測

將制取的堆焊試塊進行磨平處理，將上述四個堆焊試樣上下磨平后，用光學洛氏硬度計測量堆焊試樣硬度，為了保證硬度測試結果的準確性，需要選取5個測試點取平均值。

制作金相試塊，用4%硝酸酒精溶液進行腐蝕拋光處理，進行金相檢測。

1.2.3 摩擦磨損試驗

本次采用型號為M2000的摩擦磨損試驗機進行干擦拭的耐磨性能檢測試驗。以線切割為基準沿堆焊方向在HD01、HS02、DG09堆焊試塊中截取相應的試塊，確保截取試塊的規格尺寸與SA03耐磨板相同，試塊長為19.05±0.1mm，寬度和高度為10±0.05mm。對對磨試樣ZG35CrMnSi進行加工處理，使其規格為內徑16mm、外徑38mm、厚度10mm的圓環。試驗正壓力值為200N，單件試樣磨損時間為600min，對磨試樣轉速200r/min。

2 試驗結果分析

2.1 金相組織分析

在 ZG35CrMnSi基體上堆焊 DG09、HD01、HS02，將上述材料與SA03耐磨板的金相組織進行對比，結果顯示SA03耐磨板與HS02耐磨焊絲的主要組織為軟性基體和硬質相，耐磨層為高鉻鑄鐵堆焊層，而HD01耐磨焊條和DG09耐磨焊絲的耐磨體主要組織為強化馬氏體，屬于高合金堆焊層。

SA03耐磨板碳化物質顆粒呈現出數量多、直徑大、分布均勻的特點，存在形式為六角柱。HS02耐磨焊絲耐磨層中的碳化物需要與奧氏體構成樹枝狀、桿狀、粒狀等形式的共晶團，金相組織為柱狀貝氏體。HD01耐磨焊條耐磨層的金相組織為孿晶馬氏體和板條馬氏體，有少量的M23C6型碳化物分布。DG09耐磨焊絲耐磨層中有較多的網狀碳化物的存在。

2.2 硬度特性分析

對DG09、HD01、HS02堆焊試塊和SA03耐磨板進行硬度試驗，具體結果如下：

表1 幾種耐磨材料表面硬度值

對表1的數據進行分析，其中HS01試塊的硬度最高，SA03試塊的硬度也比較高，其中DG09試塊的表面硬度最低，對四組試塊耐磨層表面至熔合區硬度梯度進行分析，結果顯示硬度HD01耐磨焊條以及DG09耐磨焊絲的堆焊層硬度都有明顯的快速下降，而SA03和HS02試塊硬度梯度相對下降較為平緩。這主要是由于DG09和DG01都屬于強化馬氏體的高合金堆焊層，熔合區內堆焊層中以碳為主的化學成分含量會有較大的變化，進而導致硬度值的快速下降。而SA03和HS02的高鉻鑄鐵堆焊層奧氏體與母材的匹配度較高，硬質相是硬度變化的主要原因，相對而言硬度值的變化幅度也會比較小。

2.3 摩擦磨損結果分析

采煤機作業過程中導向滑靴主要的磨損形式為滑動摩擦，耐磨層表面以磨粒磨損為主，同時也會需要承受一定的黏著磨損。對上述四種耐磨材料進行了摩擦磨損對比試驗，對其磨損量和摩擦因數進行測量，其試驗結果見表2。

表2 平均摩擦因數和磨損量

對表2的數據進行比較分析，HS02耐磨焊絲的耐磨性能最為出色，排名第二和第三的分別為SA03耐磨板和HD01耐磨焊條，DG09耐磨焊絲最差。DG09和HD01金相組織中的針狀孿晶馬氏體在摩擦環境中容易受到應力的印象概念股集中出現細小的裂紋，加之馬氏體組織硬度較高外部沒有軟性基體的存在，耐磨性能就會比較差，HD01耐磨焊條的硬度要高于DG09耐磨焊絲，因而耐磨性要優于后者。HS02耐磨焊絲受摩擦因子的影響較小，因而磨損量也比較低，抵抗磨粒磨損和黏著磨損的能力比較強。SA03耐磨板在磨損的初始階段摩擦因數的變化較為明顯，隨著時間的推移，材料微凸體與摩擦副之間的相互作用弱化，當時間持續延長或者是有高硬度碳化物硬質顆粒脫落時，磨損加劇，配磨副摩擦因數也會隨之增大。

3 結論

（1） 對 DG09、HD01、HS02堆焊試塊和SA03耐磨板進行硬度試驗，堆焊材料HD01、SA03耐磨板硬度較高，HS02堆焊層硬度變化較為平穩。

（2）摩擦磨損試驗分析，HS02堆焊層磨損量和摩擦系數都較小，耐磨性較高。HS02堆焊層綜合摩擦性能和硬度、耐磨性能較好。

綜上所述，采煤機導向滑靴堆焊層的耐磨性能會受到金屬的顯微組織、硬度、合金元素類型、數量等的綜合影響，堆焊金屬耐磨性能會對采煤機的使用性能產生影響，因而在實際的采煤機生產中要充分了解各種堆焊材料的特性，選擇最為恰當的導向滑靴堆焊材料，保證采煤機的使用性能，延長其使用壽命。