基于激光熔覆的礦用截齒性能實驗研究

【摘 要】截齒是煤礦機械常用的切割煤層的刀具，截齒失效問題嚴重影響采煤效率和工程進度。本文使用激光熔覆技術在截齒表面熔覆鐵基合金和鎳基合金，增強截齒的表面性能，并分析其強化機理以后對截齒的表面改性提高參考依據。

【關鍵詞】 激光熔覆 截齒 耐磨性能 顯微硬度 鎳基碳化物合金粉 鐵基碳化物合金粉

引 言

采煤機截齒是煤礦機械中的常用易損件[1]。張德強等[3]研究了離焦量對激光熔覆鎳基碳化物時的影響，最終得出最優化的工藝參數為：掃描速度為2mm/s，送粉電壓8V，激光功率1200W，最佳的離焦量為3mm。在截齒的修復研究過程中，缺少對兩種粉末得到的熔覆層的硬度和耐磨性能進行對比，深入研究哪種粉末更適合修復失效的截齒。本文通過對比鐵基碳化物和鎳基碳化物粉末的熔覆層的各項性能，研究延長截齒壽命的金屬粉末與工藝參數。

1.實驗結果與分析

1.1鎳基熔覆層的顯微硬度

圖3為鎳基碳化物粉末在不同出粉量條件下的硬度圖。由圖可知，熔覆層中存在最大值為1350HV0.3左右，除去這個突變點，熔覆層硬度值可達到750HV0.3。熱影響區硬度達到620HV0.3。基體硬度240HV0.3。在硬度圖的0點處三條曲線均出現明顯下降的現象，在出粉量為35g/min的硬度曲線下降幅度最小，出粉量為30g/min的硬度曲線下降幅度值最大。這是由于出粉量為30g/min的熔覆層較薄，無法全部吸收激光的熱量，導致基體和熔覆層均熔化并在兩者之間發生對流，降低了在0點的硬度，出粉量為40g/min在0點的硬度值低于35g/min的硬度值，是因為出粉量為40g/min時 的熔覆層較厚，在相同功率下產生的熱量不足以使在出粉量為40g/min條件下的熔覆層與基體良好的結合，所以，在0點位置， 粉量為40g/min條件下的熔覆層的硬度值低于粉量為35g/min條件下的熔覆層的硬度值。由于互熔并發生對流的范圍較小，因此上層的熔覆層中，晶體之間的結合能、晶體鍵能和內能增加，導致上層的硬度較大。

1.2鐵基熔覆層的顯微硬度

圖4（a）是在出粉量為20g/min的硬度曲線圖，圖4（b）是在出粉量為25g/min的硬度曲線圖。

由圖4可知，在不同出粉量條件下，熔覆層的最高硬度可達到816HV0.3，熱影響區硬度可達到657HV0.3，基體硬度為240HV0.3左右。在0點處，在不同出粉量的條件下，其硬度曲線都有不同幅度的下降，這是由于熱影響區的基體和熔覆層均熔化后相互滲透導致硬度值降低。從圖中可觀察到在25g/min條件下的熱影響區范圍最廣，可能是因為20g/min條件下的熔覆層厚度較小，熔覆后的熱量能快速的傳入周圍的環境，沒有對基體進行長時間的能量傳遞，所以，熱影響區的范圍較小，也可能是因為在實驗時，由于受熔覆出粉量為20g/min的熔覆實驗影響，在基體進行出粉量為25g/min實驗前，基體已經存在熱影響區，或者基體內的熱量未被散盡就開始了第二次實驗。

3結語

鎳基碳化物的熔覆層的硬度普遍達到為750HV0.3，部分區域的硬度可達到1350HV0.3，鎳基碳化鎢的熔覆層能的硬度普遍是基體硬度的3.1倍，其熱影響區的硬度可達到620HV0.3，將基體硬度提高了250%，鐵基碳化物的熔覆層硬度為816HV0.3，是基體的3.4倍，其熱影響區硬度可達到657HV0.3，將基體硬度提高了270%，鐵基碳化物比鎳基碳化物粉末能更好的提高截齒的硬度。鐵基碳化粉末更適合提高截齒的綜合性能。

【參考文獻】

[1] 趙文強，苗鴻賓，梁艷.采煤機截齒的激光熔覆修復技術研究[A].煤礦機械.2012， 33（4）：175-177.

[2] 張德強，張吉慶，李金華等.離焦量對45#鋼表面激光熔覆鎳基碳化物粉的影響[A].表面技術.2015，44（12）：92-97.

第一作者簡介： 于計劃（1987-）男，漢碩士，現職于中原工學院機電學院，主要研究領域：紡機測試