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截齒是采煤機(jī)上的關(guān)鍵件，它工作條件惡劣，要求有高的耐磨性、強(qiáng)度及良好的韌性。煤炭行業(yè)MT246-1996標(biāo)準(zhǔn)中截齒材料為合金結(jié)構(gòu)鋼，熱處理要求齒頭HRC＞40，齒柄HRC＞38，沖擊韌性ak≥49 J/cm。國(guó)內(nèi)廠一般截齒材料為35 CrMnSiA，它是高強(qiáng)度鋼，要滿足上述熱處理要求，熱處理工藝必須為等溫淬火。采用鹽浴爐加熱，硝鹽中等溫度淬火方法，即用一臺(tái)鹽浴爐加熱工件，用2臺(tái)低溫鹽浴爐等溫的方法，這樣可以實(shí)現(xiàn)淬火加熱過(guò)程中工件和硬質(zhì)合金無(wú)氧化、脫碳并迅速批量生產(chǎn)。等溫時(shí)間為加熱時(shí)間的2倍以上。

但此工藝存在以下弊?。罕娝苤}浴爐不適合用電熱偶直接插入鹽浴爐內(nèi)控制溫度，一般用光學(xué)高溫計(jì)測(cè)溫，靠工人目測(cè)控制溫度，這樣難以準(zhǔn)確地控制淬火溫度，而截齒的硬質(zhì)合金釬焊時(shí)用黃銅基的焊料，它的熔點(diǎn)為920℃左右，如果操作工人責(zé)任心不強(qiáng)，技術(shù)不高就易出現(xiàn)黃銅熔化而硬質(zhì)合金掉頭的現(xiàn)象。前面已經(jīng)指出截齒等溫淬火要用2臺(tái)鹽浴爐，設(shè)備投資大，且該設(shè)備使用成本高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

針對(duì)上述問(wèn)題，我們選用井式滲碳爐加熱截齒，用硝石槽等溫的方法，實(shí)現(xiàn)了等溫淬火工藝，下面簡(jiǎn)述如下。

1 截齒等溫淬火工藝

圖1為JDT35/78型鎬型截齒的外形及其幾何尺寸。

它的工藝路線為：鍛造→正火高回→機(jī)加工→釬焊→淬火清理→防腐處理。 2


圖1 JDT鎬形截齒

根據(jù)實(shí)際情況，淬火加熱設(shè)備選用RTJ-75-9T型氣體滲碳爐，等溫冷卻設(shè)備選用RX-32硝石槽。圖2為截齒熱處理淬火工藝曲線，圖3為截齒淬火掛具，工件插立在上中下板的孔里，為了方便吊裝和等溫冷卻，吊鉤上面又設(shè)有吊環(huán)。


圖2 截齒淬火工藝曲線


圖3 截齒淬火掛具

2 工藝分析及結(jié)果

硬質(zhì)合金在淬火加熱過(guò)程中，不允許增碳，也不允許脫碳，增碳時(shí)引起硬質(zhì)合金含碳量過(guò)高，呈現(xiàn)游離狀石墨，它對(duì)合金基體起分離作用，降低合金的強(qiáng)度和耐磨性。脫碳時(shí)就會(huì)對(duì)硬質(zhì)合金的基體起著破壞作用，使其強(qiáng)度降低、脆性增大。這就需要在截齒淬火加熱過(guò)程中要合理的選用有機(jī)液體產(chǎn)生保護(hù)氣。煤油價(jià)格低廉，來(lái)源方便，但碳勢(shì)高，容易形成碳黑。甲醇(CH3OH)分子中只有一個(gè)碳原子其C/O=1是弱碳成分，一般用于滲碳稀釋劑，試用于淬火保護(hù)氣認(rèn)為碳勢(shì)不足。乙醇(C2H50H)分子中有2個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子C/0=2，乙醇在高溫下按下式分解C2H5OHCO+3H2+〔C〕，此外還有少量的H2O、CH4等氣體，乙醇的碳當(dāng)量為46g，碳勢(shì)不高，不易形成碳黑，是比較理想的中高碳鋼的保護(hù)氣體來(lái)源，爐內(nèi)滴入乙醇120～140滴/min，這樣迅速地排除爐內(nèi)的氧化氣氛，實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化、脫碳地加熱工件，有效的保護(hù)硬質(zhì)合金刀頭的質(zhì)量。

截齒等溫淬火選用860℃，等溫溫度為290℃，而沒(méi)選用35CrMnSiA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)離黃銅的熔點(diǎn)。

通常等溫淬火后空氣中冷卻，然后對(duì)工件進(jìn)行煮鹽，同時(shí)要清洗工件掛具上殘留的鹽。采用等溫冷卻后直接溫水中冷卻，浸泡5～10 min的工藝方法，這樣省略了清洗工序，大大地方便了車間生產(chǎn)。

截齒等溫淬火以后，對(duì)回火的作用作了如下實(shí)驗(yàn)。同一爐淬火的截齒，分了兩組，即一組沒(méi)有回火，另一組為260℃回火3 h空冷。下表是對(duì)這組工件按圖1指定部位取料加工試塊后檢查硬度值和ak沖擊韌性值的結(jié)果。

從上表看出，這兩組沖擊韌性值變化不大而硬度值稍有差異，下板上擺放的截齒硬度值比上板的稍高，這與硝石槽內(nèi)鹽的溫度和工件冷卻條件有關(guān)。

3 結(jié) 論

(1)用氣體滲碳爐滴入乙醇的工藝方法，完全可以代替鹽浴爐實(shí)現(xiàn)截齒淬火加熱，這對(duì)于沒(méi)有數(shù)臺(tái)鹽浴爐的企業(yè)，不僅可節(jié)省設(shè)備投資而且可降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)設(shè)備多臺(tái)用。

(2)乙醇是用井式滲碳爐加熱中高碳鋼工件的理想保護(hù)氣氛源，多年實(shí)踐表明截齒在淬火加熱過(guò)程中，可以做到無(wú)氧化、脫碳，而且主要是保護(hù)硬質(zhì)合金的各種性能。

(3)截齒35 CrMnSiA、860℃淬火、290℃硝鹽中等溫25 min后溫水浸泡去鹽工藝，經(jīng)過(guò)近2年國(guó)家技術(shù)部門抽檢結(jié)果完全滿足MT246-1996指標(biāo)中要求的熱處理硬度、沖擊韌性值，雖然掛具反復(fù)使用，但對(duì)設(shè)備沒(méi)有腐蝕現(xiàn)象。