[发明专利]一种梯度硬质合金、制备方法及截齿头

说明书

技术领域

本发明属于挖掘设备技术领域，尤其涉及一种梯度硬质合金、制备方法及截齿头。

背景技术

矿用截齿是采煤及巷道掘进机械中的易损件之一，是落煤及碎煤的主要工具，由于其工作条件的因素，矿用截齿也是矿山机械更换最频繁的零部件之一。中国是煤矿消耗大国，相应的，矿用截齿的消耗量也非常大。

大量的矿用截齿消耗不仅增加采煤成本、影响煤碳生产的经济效益，而且还会因为更换截齿的时间增加而降低生产效率。因此，它的性能好坏直接影响采煤机械生产能力的发挥、功率的消耗、工作平稳性和其他相关零部件的使用寿命。

目前市场上所用的矿用截齿一般是由齿柄、齿体及齿头构成。截齿头是矿用截齿的主要工作部位，它也是决定矿用截齿的机械性能及使用寿命的关键部位。矿用截齿的使用工况相当复杂，环境恶劣，需要截齿头既满足耐磨性，又具有较好的韧性，能够保证足够长的掘进能力。即，要求截齿头同时具有高强度和高硬度。

目前，现有的截齿头多为锻造成型的30CrMn钢、Si钢、42CrM钢。上述材料韧性较好，在采掘时很少发生断裂，但是这些材料为了便于锻造成型以钻孔镶焊硬质合金，限制了合金元素加入量，其硬度受到影响，使其耐磨性能不好，限制了其在采掘作业时的工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯度硬质合金、制备方法及截齿头，本发明提供的梯度硬质合金同时具有高硬度和高强度。

本发明提供一种梯度硬质合金，由硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠复合得到，

所述硬度层单片模坯包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量为TaC；

所述强度层单片模坯包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。

优选的，所述硬度层单片模坯的厚度为0.1～10mm。

优选的，所述强度层单片模坯的厚度为0.1～10mm。

优选的，所述强度层单片模坯与硬度层单片模坯的厚度比为1：(0.5～2)。

本发明提供一种梯度硬质合金的制备方法，包括以下步骤：

A)将硬度层混合料进行注射成型，得到硬度层单片模坯，将强度层混合料进行注射成型，得到强度层单片模坯，

所述硬度层混合料包括90～94wt％的WC，5～8wt％的Co，余量的TaC，

所述强度层混合料包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量的TaC；

B)将所述硬度层单片模坯和强度层单片模坯交叠，进行温压成型，得到梯度硬质合金坯体；

C)将所述梯度硬质合金坯体进行烧结，得到梯度硬质合金。

优选的，所述步骤A)中注射成型的温度为80～170℃。

优选的，所述步骤B)中温压成型的温度为150～300℃。

优选的，所述步骤C)中烧结的温度为1300～1450℃；

所述烧结的时间为60～90min。

本发明提供一种截齿头，包括梯度和复合在所述基体上的梯度硬质合金，所述梯度硬质合金为上文所述的梯度硬质合金或上文所述的制备方法得到的梯度硬质合金；

所述基体包括84～88wt％的WC，10～15wt％的Co，余量为TaC。

优选的，所述梯度硬质合金的高度为所述截齿头高度的1/3～1/2；

所述基体的高度为所述截齿头高度的1/2～2/3。

申请人研究发现，梯度功能复合材料(FGM)与均一材料、复合材料不同。它是选用两种(或多种)性能不同的材料，通过连续地改变这两种(或多种)材料的组成和结构，使其界面消失导致材料的性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化。由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点，因此它能有效地克服传统复合材料的不足：

1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料，可以大大地提高粘结强度；

2)将FGM用作界面层可以减小残余应力和热应力；

3)将FGM用作界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性；

4)用FGM代替传统的均匀材料，既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。