[发明专利]高强铁基合金的制备方法及高强铁基合金截齿

说明书

技术领域

本发明涉及高强铁基合金的制备方法，还涉及一种采煤用截齿。

背景技术

随着经济发展和社会进步，国家对煤炭需求不断增加的同时也加大了资源环境的保护力度，这就迫切的需要提高煤炭的开采效率。采煤机械中截齿的优劣直接影响煤炭资源的开采效率和企业的生产成本。随着采煤机械的功率不断增加，对截齿的质量要求也就越来越高。截齿在截割煤岩时，要承受巨大的压应力、剪切应力和冲击载荷，并会和煤层中的硬质材料摩擦和撞击，随着截割的进行，截齿的表面温度也会逐渐升高。这就要求截齿要有高强度、高硬度、耐磨耐腐蚀、高的弯曲强度以及在较高温度条件下工作能力等优异性能，以防止截齿使用过程中发生断裂、弯曲、变形以及磨损失效。尽管在国内科研人员的不懈努力下，国产制备截齿的材料的性能不断改善，但就目前而言，国产截齿材料的晶粒度还很难达到进口截齿的水平，在承受大功率冲击负荷和磨损性较强的采掘中普遍存在断裂现象。国产截齿的消耗率，综采一般为80~200把/每万吨，而进口截齿的综采损耗率为20把/每万吨。据《中国煤炭市场产量预测未来投资趋势展望报告》预计，2015年~2019年期间我国的煤炭产量将维持在约37亿吨/年。可见，作为机械化采煤的刀具，截齿的需要求量非常巨大。因此，为降低采煤机械中截齿的消耗，提高截齿的使用寿命，研究采煤机械截齿材料及其强韧化机理，开发新型高性能截齿材料，对于促进新材料的发展、提高开采煤炭资源的劳动生产效率，具有重要的科学意义和实践价值。

目前国内外常用的截齿用合金材料，其种类主要有42CrMo、35CrMnSi、40CrNiMo、30SiMn2Mo、40Cr2SiMnMoCuBTiRe等，其中42CrMo合金具有较高的强度、良好的淬透性、在高温时由较高的蠕变和持久强度等特点；840°C油淬及360~400°C回火热处理后具有较高的疲劳极限和抗多次冲击的能力，低温冲击韧性也比较好。但是在实际生产中热处理工艺难以把握，容易造成心部韧性较低、表面加工质量较差，引起截齿使用过程中的中柄部断裂。35CrMnSi合金材料淬火热处理后获得马氏体、贝氏体和残留奥氏体的复向组织，具有较高的强度(约1600兆帕)、硬度(约HRC42)和韧性(60J/cm²)，但是耐磨耐腐蚀性能不理想，截齿使用寿命较短。40CrNiMo合金具有高强度、韧性和良好的淬透性和抗过热的稳定性，但白点敏感度高，有回火脆性。30SiMn2Mo合金热处理后可获得较高的强度(约1650兆帕)、硬度(约HRC45)和韧性(约62J/cm²)，具有良好的强韧性和耐磨性，但是冲击韧性较低。40Cr2SiMnMoCuBTiRe合金热处理后的强度在1560兆帕以上、硬度HRC53~55，但是韧性较差，制备过程容易产生缺陷，极大的限制了在大功率采煤机械截齿上的应用。

因此，开发新型高性能的采煤机械截齿材料，克服目前合金材料的不足，进一步提升截齿材料的综合性能、指导性能更加优异的新型截齿材料的大规模生产和应用，是材料科学发展和煤炭高效开采的迫切需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种内部组织具有一定数量的非晶相、有一定的塑性变形能力，断裂强度高的高强铁基合金的制备方法。

该发明所述的高强铁基合金的制备方法，它包括下述步骤：

a：将重量百分比为3.75%-3.76%的Cr、8.64%-8.67%的Mo、1.08%-1.09%的C、0%-3.7%的V、余量的Fe原料进行混合，放在惰性气体保护的电弧熔炼炉的坩埚内加热熔化后再持续熔炼至少5分钟，等合金随坩埚冷却至凝固后，将合金翻转，再反复熔炼3–5次，得到成分均匀的合金锭；

b：将合金锭从坩埚内取出打磨掉表面的氧化膜；

c：将去掉氧化膜后的合金锭放置在感应熔炼炉的坩埚中熔炼，待合金熔炼完全后，将熔化好的合金熔液浇在模具中冷却即得。

上述高强铁基合金的制备方法，各种原料的纯度不低于99%。

上述高强铁基合金的制备方法，对熔炼炉充入惰性气体之前，先对熔炼炉抽真空至（4-6）*10^-5Pa，然后再充入惰性气体，熔炼炉内惰性气体气压为500-700mbar。

上述高强铁基合金的制备方法，惰性气体为氩气。气压过低时电弧熔炼炉腔体内外形成很大的负压，会使外部空气更容易进入腔体，导致合金氧化；气压过高接近或者超过外部大气压，内部气压过大会使电弧熔炼炉在内部大气压的作用下降低真空系统的气密性，导致仪器气密性降低，样品氧化，气压过大还有可能损坏仪器设备。