本发明专利技术涉及一种新型挖掘机复合斗齿及其制备方法，属于高技术工程材料及其应用领域。所发明专利技术的新型挖掘机复合斗齿，由棒型齿尖(齿棒)和斗齿基体(齿基)两部分组成，并经高温镶铸而成。其齿棒材料为新型高硬高强复合金属陶瓷，包括WC、TiCN、TiN或TiC基复合金属陶瓷中的一种或者多种；其齿基材料为硬度和强度较高的高/低铬合金钢或者高锰钢；复合斗齿结构中包含多根齿棒，形状为楔形，镶嵌于齿基前端，并在钢体外露出一小节，且齿棒与齿棒之间有一定的距离。所发明专利技术的挖掘机复合斗齿的制备方法，依次包括齿棒预制→合金钢熔炼→复合斗齿镶铸→脱模工艺步骤。本发明专利技术的特点在于齿棒材料高硬高强耐磨，提高了斗齿的耐磨性，其间歇式结构减少了耐磨材料的用量，节省原料，降低成本；并增大了齿棒与齿基之间的接触面积，结合力提高，斗齿的寿命提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及 一种新型挖掘机复合斗齿及其制备方法，属于高技术工程材料及其应用领域。
技术介绍
挖掘机斗齿在矿山采掘、地质勘探和基础建设过程中，直接与岩土、矿石等接触， 不仅承受岩土、矿石等的摩擦磨损，而且还会承受一定的冲击载荷，因此它成了挖掘机的最易磨损件，每台挖掘机每年会消耗大量的斗齿配件。据有关资料统计，在2005年，我国服役的2m3以上大型矿山挖掘机有2000 2500台，斗齿直接经济损失达到3000万元/年左右； 与此同时，因设备损坏、停机、停产而造成间接经济损失更大。为了提高斗齿的耐磨性，国内外学者进行了大量的研究一种方法是整体提高挖掘机斗齿材料的机械性能，采用硬度、强度和韧性更高的钢材，如高锰钢、高/低铬合金钢等，但是由于受到钢材自身性能局限，挖掘机斗齿使用寿命提高幅度有限；另一个方向是， 研制复合斗齿，即在整体采用高硬高强钢的前提下，将紧密接触岩土、矿石等的挖掘机斗齿齿尖换成比钢材硬度高很多，同时强度也很高的高耐磨合金材料，如硬质合金等，从而大幅度提高挖掘机斗齿的寿命。与世界上各国采用的最早和最广泛的普通的合金钢斗齿不同， 复合斗齿的特点是在齿尖最易被磨损的部位镶上或焊上一种高硬度、高耐磨性的材料，从而减缓斗齿的磨损，提高斗齿的寿命。目前，常见的复合斗齿有堆焊斗齿和镶块斗齿。堆焊斗齿的制作方法是在以高锰钢(或碳钢)为基体的斗齿的头部(齿尖)用铬_钼系焊条全部堆焊一层硬质合金，以提高斗齿的耐磨性。现在有许多厂家先将硬质合金做成板状耐磨体，然后用埋弧焊将其焊接在斗齿上，这样大大减少了焊接的工作量，使堆焊斗齿的生产成本降低。堆焊斗齿具有表面和齿尖硬，耐磨性高，心部和基体韧性好的优点。实践证明堆焊斗齿的耐磨性很好，适宜挖掘软矿或中等硬度的矿石、岩土。但在挖掘硬矿时，由于焊接质量不理想，焊接部分和基体的结合力弱，堆焊层很容易剥落。镶块斗齿也是一种新型的斗齿类型，其制备方法为将耐磨材料制成的预置块置于齿尖部位，在浇注斗齿时一起镶铸在斗齿上。比如沈阳铸造研究所研制的双金属复合斗齿， 就是把高铬铸铁预制块镶铸到高锰钢斗齿的齿尖部位，齿尖的耐磨性有一定提高(沈阳铸造研究所.挖掘机斗齿抗磨材料及制造工艺的国内外概括.铸造，1996，7)。这种方法制作复合斗齿的最大技术难题在于提高两种物理性质不同的镶块材料和斗齿齿基材料的结合强度。制作时，一般先将镶块的预置块进行预处理，然后进行镶铸。若工艺不过关，两种材料难于熔接，则镶块与斗齿的结合强度低，使用中镶块易脱落。实践证明，在硬质岩块含量小且性质均勻的矿石中，镶块复合斗齿具有很好的使用效果，但当遇到大砾块产生的冲击时， 由于镶块与齿基之间的结合强度低，两种金属之间的粘结力弱，镶块容易脱落，使镶块复合斗齿的应用受到了限制。所以增大堆焊层或镶块与斗齿基体之间的结合力是提高复合斗齿的一个重要因素，是该
的一个重要发展方向。另一方面，WC、TiCN、TiN或TiC基金属陶瓷作为新型工程材料，其高硬度和高耐磨性受到了研究人员的广泛关注，在机械加工刀具、模具以及地质钻具、耐磨件等耐磨材料领域得到广泛使用，WC基硬质合金在挖掘机领域中还作为堆焊层或镶块应用在堆焊斗齿和镶块斗齿中。然而，由于硬质合金中一般含有C0和Ta等贵重稀有战略金属，成本较高。若能在提高斗齿的耐磨性和寿命的同时，又能减少使用甚至不使用硬质合金，将会大大降低复合斗齿的生产成本。
技术实现思路
本专利技术提出一种新型挖掘机复合斗齿及其制备方法。本专利技术提出的新型挖掘机复合斗齿，采用高硬高强金属陶瓷材料齿尖，斗齿耐磨性增强，且因为采用新型间歇式结构， 金属陶瓷耐磨材料使用量减少，有利于减少贵重稀有战略金属的使用和降低生产成本；本专利技术的另一个目的是解决堆焊斗齿和镶块斗齿在使用中堆焊层或镶块由于和斗齿基体结合力不够而剥落的问题。本专利技术提出的新型挖掘机复合斗齿，由齿棒型齿尖和齿基(斗齿基体)两部分组成，并经高温镶铸而成。上述复合斗齿，其外形为楔形(如附图1所示)，其中最薄端宽5 15cm，厚0. 5 3. 5cm，中间实心处宽8 20cm，厚5 10cm，整体长度25 40cm，从最薄端到实心处末端长度10 20cm。在上述复合斗齿中，齿棒材料为新型高硬高强复合金属陶瓷，包括WC、TiCN, TiN 或TiC基复合金属陶瓷中的一种或者多种。在上述复合斗齿中，齿基材料为硬度和强度较高的高/低铬合金钢或者高锰钢。在上述复合斗齿结构中，包含4 12根齿棒，形状为楔形(如附图1所示)，其最薄端宽0. 5 3cm，厚0. 3 1. 5cm,中间实心处宽0. 5 3cm，厚3 8cm，整体长度5 IOcm0镶嵌于齿基前端，并在钢体外露出一小节，露齿长度约2 15mm ；齿棒与齿棒之间有一定的距离，距离约2 10mm。这种结构既能增强斗齿的耐磨性，还能节约耐磨材料的使用，降低成本。本专利技术提出的挖掘机复合斗齿的制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括 “齿棒预制一合金钢熔炼一复合斗齿镶铸一脱模”工艺步骤。在上述制备方法中，复合金属陶瓷齿棒预制所用的基质原料为亚微米粉或纳米粉金属陶瓷粉，包括WC、TiCN, TiN或TiC基复合金属陶瓷中的一种或者多种，粒径D50小于 0. 4μπι，质量分数为20 80%。其中，金属陶瓷烧结中所用的金属粘结剂为高温化学稳定性优异的金属粉末，包括Mo、Ni、Co或者稀土金属中的一种或者多种，质量分数为2 20%; 所用的晶粒抑制剂为TaC、VC、Cr3C2、NdC、TiC中一种或者多种，质量分数为0. 1 5. 0%;所用增硬剂为高硬材料金刚石、c-BN微粉或者其表面镀制了一层高温化学稳定性优异的金属 Mo,Ni或者稀土金属薄膜的微粉，粒径5 1000 μ m，质量分数为10 80% ；所用增韧剂为纳米结构材料，包括碳纳米管/线、SiC纳米线/棒、TiC纳米线/棒以及其表面镀制了一层高温化学稳定性优异的金属Mo、Ni或者稀土金属薄膜的纳米结构材料中的一种或者多种， 质量分数为0. 5 15%。齿棒的制备方法依次包括“称量一混料一高能球磨一烘干一研磨过筛一压制/装料一烧结”工艺步骤，烧结方法为热压、热等静压、放电等离子体或者中频感应加热烧结，烧结温度900 1500°C，烧结体最终形状为楔形，如附图2-4所示。 在上述制备方法中，合金钢为高/低铬合金钢或者高锰钢，其主要成分为铁，质量分数90 95% ；还含有Cr、Mn、Mo、W、C、Zr、Si、Ni、Cu、Ti、Re、Nb中的一种或者多种元素， 质量分数为0. 05 5%，以及少于0. 05%的P和S元素；并在其中掺有TaC、VC、Cr3C2、NdC、 TiC中一种或者多种碳化物作为晶粒抑制剂，质量分数为0. 1 5. 0%，用以改善铸铁的结晶组织、细化晶粒、净化晶界，提高合金钢的韧性，且晶粒抑制剂的组成和含量与齿棒中的相同，以便在镶铸过程中使基体和齿棒更加容易熔合，增强齿棒和齿基的结合力。合金钢熔炼在中频感应加热炉中进行，熔炼温度1480 1600°C。在上述制备方法中，复合斗齿的镶铸在聚苯乙烯或者砂模具中进行。首先将加工好的齿棒进行预热处理，温度200 700°C ；然后固定于斗齿模具的底部，齿棒与齿棒之间的距离为2 IOmm ；然后把本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种新型挖掘机复合斗齿，其特征在于，复合斗齿由齿棒型齿尖和斗齿基体两部分组成，并经高温镶铸而成。所述齿棒的材料为复合金属陶瓷，包括ＷＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ或ＴｉＣ基复合金属陶瓷中的一种或者多种；所述齿基的材料为高／低铬合金钢或者高锰钢；所述复合斗齿的结构中包含４～１２多根齿棒，形状为楔形，镶嵌于齿基前端，并在钢体外露出２～１５ｍｍ，且齿棒与齿棒之间有２～１０ｍｍ的距离。
【技术特征摘要】
1.一种新型挖掘机复合斗齿，其特征在于，复合斗齿由齿棒型齿尖和斗齿基体两部分组成，并经高温镶铸而成。所述齿棒的材料为复合金属陶瓷，包括wc、TiCN, TiN或TiC基复合金属陶瓷中的一种或者多种；所述齿基的材料为高/低铬合金钢或者高锰钢；所述复合斗齿的结构中包含4 12多根齿棒，形状为楔形，镶嵌于齿基前端，并在钢体外露出2 15mm，且齿棒与齿棒之间有2 IOmm的距离。2.按照权利要求1所述的挖掘机复合斗齿的制备方法，其特征在于，所述制备方法依次包括齿棒预制一合金钢熔炼一复合斗齿镶铸一脱模工艺步骤。所述齿棒预制工艺步骤中，复合金属陶瓷齿棒预制所用的基质原料为亚微米粉或纳米粉金属陶瓷粉，包括WC、TiCN、TiN或TiC基复合金属陶瓷中的一种或者多种，粒径D50小于 0. 4μ m，质量分数为20 80% ；其中金属陶瓷烧结中所用的金属粘结剂为高温化学稳定性优异的金属粉末，包括Mo、Ni、Co或者稀土金属中的一种或者多种，质量分数为2 20% ； 所用的晶粒抑制剂为TaC、VC、Cr3C2、NdC、TiC中一种或者多种，质量分数为0. 1 5. 0%;所用增硬剂为高硬材料金刚石、c-BN微粉或者其表面镀制了一层高温化学稳定性优异的金属 Mo,Ni或者稀土金属薄膜的微粉，粒径5 1000 μ m，质量分数为10 80% ；所用增韧剂为纳米结构材料，包括碳纳米管/线、...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭志坚，任小勇，于立安，荣会永，彭瑛，王成彪，付志强，岳文，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：11
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