[發明專利]一種挖掘機復合斗齒及其制備方法

無效

• 申請號: 201110075905.1
• 申請日: 2011-03-29
• 公開（公告）號: CN102182223A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 彭志堅;任小勇;于立安;榮會永;彭瑛;王成彪;付志強;岳文
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: E02F9/28
• 分類號: E02F9/28;B22D19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種新型挖掘機復合斗齒及其制備方法，屬于高技術工程材料及其應用領域。

背景技術

挖掘機斗齒在礦山采掘、地質勘探和基礎建設過程中，直接與巖土、礦石等接觸，不僅承受巖土、礦石等的摩擦磨損，而且還會承受一定的沖擊載荷，因此它成了挖掘機的最易磨損件，每臺挖掘機每年會消耗大量的斗齒配件。據有關資料統計，在2005年，我國服役的2m³以上大型礦山挖掘機有2000～2500臺，斗齒直接經濟損失達到3000萬元/年左右；與此同時，因設備損壞、停機、停產而造成間接經濟損失更大。

為了提高斗齒的耐磨性，國內外學者進行了大量的研究：一種方法是整體提高挖掘機斗齒材料的機械性能，采用硬度、強度和韌性更高的鋼材，如高錳鋼、高/低鉻合金鋼等，但是由于受到鋼材自身性能局限，挖掘機斗齒使用壽命提高幅度有限；另一個方向是，研制復合斗齒，即在整體采用高硬高強鋼的前提下，將緊密接觸巖土、礦石等的挖掘機斗齒齒尖換成比鋼材硬度高很多，同時強度也很高的高耐磨合金材料，如硬質合金等，從而大幅度提高挖掘機斗齒的壽命。與世界上各國采用的最早和最廣泛的普通的合金鋼斗齒不同，復合斗齒的特點是在齒尖最易被磨損的部位鑲上或焊上一種高硬度、高耐磨性的材料，從而減緩斗齒的磨損，提高斗齒的壽命。目前，常見的復合斗齒有堆焊斗齒和鑲塊斗齒。

堆焊斗齒的制作方法是在以高錳鋼(或碳鋼)為基體的斗齒的頭部(齒尖)用鉻-鉬系焊條全部堆焊一層硬質合金，以提高斗齒的耐磨性。現在有許多廠家先將硬質合金做成板狀耐磨體，然后用埋弧焊將其焊接在斗齒上，這樣大大減少了焊接的工作量，使堆焊斗齒的生產成本降低。堆焊斗齒具有表面和齒尖硬，耐磨性高，心部和基體韌性好的優點。實踐證明堆焊斗齒的耐磨性很好，適宜挖掘軟礦或中等硬度的礦石、巖土。但在挖掘硬礦時，由于焊接質量不理想，焊接部分和基體的結合力弱，堆焊層很容易剝落。

鑲塊斗齒也是一種新型的斗齒類型，其制備方法為將耐磨材料制成的預置塊置于齒尖部位，在澆注斗齒時一起鑲鑄在斗齒上。比如沈陽鑄造研究所研制的雙金屬復合斗齒，就是把高鉻鑄鐵預制塊鑲鑄到高錳鋼斗齒的齒尖部位，齒尖的耐磨性有一定提高(沈陽鑄造研究所.挖掘機斗齒抗磨材料及制造工藝的國內外概括.鑄造，1996，7)。這種方法制作復合斗齒的最大技術難題在于提高兩種物理性質不同的鑲塊材料和斗齒齒基材料的結合強度。制作時，一般先將鑲塊的預置塊進行預處理，然后進行鑲鑄。若工藝不過關，兩種材料難于熔接，則鑲塊與斗齒的結合強度低，使用中鑲塊易脫落。實踐證明，在硬質巖塊含量小且性質均勻的礦石中，鑲塊復合斗齒具有很好的使用效果，但當遇到大礫塊產生的沖擊時，由于鑲塊與齒基之間的結合強度低，兩種金屬之間的粘結力弱，鑲塊容易脫落，使鑲塊復合斗齒的應用受到了限制。

所以增大堆焊層或鑲塊與斗齒基體之間的結合力是提高復合斗齒的一個重要因素，是該技術領域的一個重要發展方向。

另一方面，WC、TiCN、TiN或TiC基金屬陶瓷作為新型工程材料，其高硬度和高耐磨性受到了研究人員的廣泛關注，在機械加工刀具、模具以及地質鉆具、耐磨件等耐磨材料領域得到廣泛使用，WC基硬質合金在挖掘機領域中還作為堆焊層或鑲塊應用在堆焊斗齒和鑲塊斗齒中。然而，由于硬質合金中一般含有Co和Ta等貴重稀有戰略金屬，成本較高。若能在提高斗齒的耐磨性和壽命的同時，又能減少使用甚至不使用硬質合金，將會大大降低復合斗齒的生產成本。

發明內容

本發明提出一種新型挖掘機復合斗齒及其制備方法。本發明提出的新型挖掘機復合斗齒，采用高硬高強金屬陶瓷材料齒尖，斗齒耐磨性增強，且因為采用新型間歇式結構，金屬陶瓷耐磨材料使用量減少，有利于減少貴重稀有戰略金屬的使用和降低生產成本；本發明的另一個目的是解決堆焊斗齒和鑲塊斗齒在使用中堆焊層或鑲塊由于和斗齒基體結合力不夠而剝落的問題。

本發明提出的新型挖掘機復合斗齒，由齒棒型齒尖和齒基(斗齒基體)兩部分組成，并經高溫鑲鑄而成。

上述復合斗齒，其外形為楔形(如附圖1所示)，其中最薄端寬5～15cm，厚0.5～3.5cm，中間實心處寬8～20cm，厚5～10cm，整體長度25～40cm，從最薄端到實心處末端長度10～20cm。

在上述復合斗齒中，齒棒材料為新型高硬高強復合金屬陶瓷，包括WC、TiCN、TiN或TiC基復合金屬陶瓷中的一種或者多種。

在上述復合斗齒中，齒基材料為硬度和強度較高的高/低鉻合金鋼或者高錳鋼。