采煤机导向滑靴堆焊层耐磨性能的研究

赵庆飞

（山西晋城晋煤集团寺河煤矿二号井，山西 晋城 048000）

导向滑靴是采煤机的承载部件，作业过程中会直接接触导轨，为了确保采煤机的使用性能和使用寿命，导向滑靴堆焊层需要采用强度、韧度和耐磨性能均表现出色的金属，但是目前实际应用的材料很难满足采煤机导向滑靴的综合性能要求，这在一定程度上也限制了采煤机的使用寿命。为了提高导向滑靴耐磨性能，采煤机生产厂家往往会选择更为耐磨的金属材料或者是对磨损严重的部位进行特殊处理，导向面直接堆焊耐磨层是目前大功率采煤机导向滑靴耐磨加工的主要方法。为了保证本次研究的合理性，以MHV型导向滑靴为研究对象，选择了煤矿行业常用的四种具有代表性的耐磨材料观察比较材料的金相组织、耐磨性能和硬度等参数，分析采煤机导向滑靴堆焊层耐磨性能的影响因素，为采煤机生产中堆焊材料的选择提供依据，从而提高采煤机导向滑靴的耐磨性能。

1 试验

1.1 试验材料

MHV型导向滑靴一般使用的堆焊材料为ZG35CrMnSi，依次经过正火回火处理。实验选择焊条（HD01）、耐磨焊丝（DG09）、堆焊耐磨焊丝（HS02）和美国进口耐磨板（SA03）四种材料作为研究对象。为了使实验尽可能接近真实作业条件，刮板输送机导轨材料为ZG30SiMn，使耐磨材料与其进行直接接触，模拟采煤机的工作。

1.2 试验方法

1.2.1 试块制备

在试验中会严格根据实际生产工艺的要求进行耐磨材料的堆焊，避免实验数据的偏差，试块基体ZG35CrMnSi规格为100×50×30mm，制作3块，试块完成后需要将表面的杂质油污等去除掉。在堆焊前对基体进行加热，加热到300℃～350℃，按照焊接工艺对四种耐磨材料进行分层堆焊。需要注意的是试验中金属的堆焊厚度应符合采煤机导向滑靴实际耐磨面厚度，同时采用石棉对堆焊层进行保温，使其缓慢冷却，SA03耐磨板规格50×30×10mm。

1.2.2 金相观测

将制取的堆焊试块进行磨平处理，将上述四个堆焊试样上下磨平后，用光学洛氏硬度计测量堆焊试样硬度，为了保证硬度测试结果的准确性，需要选取5个测试点取平均值。

制作金相试块，用4%硝酸酒精溶液进行腐蚀抛光处理，进行金相检测。

1.2.3 摩擦磨损试验

本次采用型号为M2000的摩擦磨损试验机进行干擦拭的耐磨性能检测试验。以线切割为基准沿堆焊方向在HD01、HS02、DG09堆焊试块中截取相应的试块，确保截取试块的规格尺寸与SA03耐磨板相同，试块长为19.05±0.1mm，宽度和高度为10±0.05mm。对对磨试样ZG35CrMnSi进行加工处理，使其规格为内径16mm、外径38mm、厚度10mm的圆环。试验正压力值为200N，单件试样磨损时间为600min，对磨试样转速200r/min。

2 试验结果分析

2.1 金相组织分析

在 ZG35CrMnSi基体上堆焊 DG09、HD01、HS02，将上述材料与SA03耐磨板的金相组织进行对比，结果显示SA03耐磨板与HS02耐磨焊丝的主要组织为软性基体和硬质相，耐磨层为高铬铸铁堆焊层，而HD01耐磨焊条和DG09耐磨焊丝的耐磨体主要组织为强化马氏体，属于高合金堆焊层。

SA03耐磨板碳化物质颗粒呈现出数量多、直径大、分布均匀的特点，存在形式为六角柱。HS02耐磨焊丝耐磨层中的碳化物需要与奥氏体构成树枝状、杆状、粒状等形式的共晶团，金相组织为柱状贝氏体。HD01耐磨焊条耐磨层的金相组织为孪晶马氏体和板条马氏体，有少量的M23C6型碳化物分布。DG09耐磨焊丝耐磨层中有较多的网状碳化物的存在。

2.2 硬度特性分析

对DG09、HD01、HS02堆焊试块和SA03耐磨板进行硬度试验，具体结果如下：

表1 几种耐磨材料表面硬度值

对表1的数据进行分析，其中HS01试块的硬度最高，SA03试块的硬度也比较高，其中DG09试块的表面硬度最低，对四组试块耐磨层表面至熔合区硬度梯度进行分析，结果显示硬度HD01耐磨焊条以及DG09耐磨焊丝的堆焊层硬度都有明显的快速下降，而SA03和HS02试块硬度梯度相对下降较为平缓。这主要是由于DG09和DG01都属于强化马氏体的高合金堆焊层，熔合区内堆焊层中以碳为主的化学成分含量会有较大的变化，进而导致硬度值的快速下降。而SA03和HS02的高铬铸铁堆焊层奥氏体与母材的匹配度较高，硬质相是硬度变化的主要原因，相对而言硬度值的变化幅度也会比较小。

2.3 摩擦磨损结果分析

采煤机作业过程中导向滑靴主要的磨损形式为滑动摩擦，耐磨层表面以磨粒磨损为主，同时也会需要承受一定的黏着磨损。对上述四种耐磨材料进行了摩擦磨损对比试验，对其磨损量和摩擦因数进行测量，其试验结果见表2。

表2 平均摩擦因数和磨损量

对表2的数据进行比较分析，HS02耐磨焊丝的耐磨性能最为出色，排名第二和第三的分别为SA03耐磨板和HD01耐磨焊条，DG09耐磨焊丝最差。DG09和HD01金相组织中的针状孪晶马氏体在摩擦环境中容易受到应力的印象概念股集中出现细小的裂纹，加之马氏体组织硬度较高外部没有软性基体的存在，耐磨性能就会比较差，HD01耐磨焊条的硬度要高于DG09耐磨焊丝，因而耐磨性要优于后者。HS02耐磨焊丝受摩擦因子的影响较小，因而磨损量也比较低，抵抗磨粒磨损和黏着磨损的能力比较强。SA03耐磨板在磨损的初始阶段摩擦因数的变化较为明显，随着时间的推移，材料微凸体与摩擦副之间的相互作用弱化，当时间持续延长或者是有高硬度碳化物硬质颗粒脱落时，磨损加剧，配磨副摩擦因数也会随之增大。

3 结论

（1） 对 DG09、HD01、HS02堆焊试块和SA03耐磨板进行硬度试验，堆焊材料HD01、SA03耐磨板硬度较高，HS02堆焊层硬度变化较为平稳。

（2）摩擦磨损试验分析，HS02堆焊层磨损量和摩擦系数都较小，耐磨性较高。HS02堆焊层综合摩擦性能和硬度、耐磨性能较好。

综上所述，采煤机导向滑靴堆焊层的耐磨性能会受到金属的显微组织、硬度、合金元素类型、数量等的综合影响，堆焊金属耐磨性能会对采煤机的使用性能产生影响，因而在实际的采煤机生产中要充分了解各种堆焊材料的特性，选择最为恰当的导向滑靴堆焊材料，保证采煤机的使用性能，延长其使用寿命。