硬質合金截齒失效分析

硬質合金截齒是由硬質合金球齒釺焊與合金結構鋼上構成的，一般用於採煤機直接切割、採掘煤炭，因此也被稱為硬質合金煤截齒。截齒以衝擊回轉的方式在煤層中推進切割，需要同時承受高壓應力和剪切彎曲應力。而這是週期性與交變性的衝擊載荷，在挖掘過程中截齒與煤層還會發生劇烈的摩擦而產生摩擦熱，在整個磨損過程中還有可能伴隨著局部屈服、接觸疲勞、腐蝕以及斷裂等多種力學行為。

以YG11C礦用硬質合金球齒為例，從其失效後的齒頭斷口形貌上看，在煤層掘進的過程中，由於衝擊載荷的作用表面處於高壓應力狀態，硬質合金截齒發生崩塊。因為煤層地質的不確定性，齒頭在掘進時不能夠與煤層保持完全良好的接觸狀態，且煤層中夾雜著一定的矸石，這也會使得接觸不良甚至是不發生接觸的區域不可避免地增多。這樣的應力狀態在交變載荷的作用下容易產生衝擊疲勞和熱疲勞裂紋。此外，齒頭表面或內部的微管缺陷也會造成應力集中而使硬質合金截齒發生損壞。

針對硬質合金截齒的失效形式與其所產生的原因，可以通過調整合金的粒徑、成分以及配比來提高其使用性能。首先，Co的含量不能太低，因為其能有效提高抗熱疲勞能力、增強合金的可塑性、鬆弛應力等。但是Co含量的增加在一定程度上會影響耐磨性，根據煤層的硬度，一般控制在8%-13%之間，質地硬時Co含量適當增加。其次是WC粒徑的選擇以及配比，細晶WC顆粒總表面積減小，比表面積增大，其Co的平均自由程得到提高，相當於簡介提高了Co含量，著有利於合金斷裂韌性的改善。為了強化Co相，採用適當的熱處理工藝也是一種相對有效的方法，利用Co所存在的多型性轉變產生其他物相來增強面心立方鈷，從而達到強韌化硬質合金截齒的目的。

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