[00129781]大型采掘机械装备专用高性能粗晶硬质合金及工具开发

一、课题来源与背景 超粗晶粒硬质合金有其独特的耐磨性和韧性,适于软硬岩层的连续开采（如采煤、地铁建设）与现代化公路、桥梁的连续作业（如挖路、铺路）等。目前国内市场上的该类产品大多数均为国外进口,国内虽有部分产品,但不具有市场竞争力。我公司为国内大型硬质合金生产企业,长期从事碳化钨生产及应用技术,粗晶硬质合金及工具为公司的重点产品发展方向,特粗晶粒碳化钨、粗晶硬质合金、粗晶硬质合金工具（采掘工具）产业化技术研究成为了公司技术研发内容。通过超粗碳化钨生产工艺研究、超粗硬质合金生产工艺研究、采掘工具制造技术研究,使公司具备从原料、中间工业产品到终端使用产品的矿山用硬质合金工具系列产品的生产制造能力。 二、技术原理及性能指标 1、技术原理 （1）特粗WC： 应用高温还原炉、高温碳化炉等关键设备,研究炉膛高温均匀性控制技术,高温舟皿变形控制技术,氢气回收技术等,确保还原温度达到1200℃,碳化温度达到2200℃以上,使得钨、碳化钨晶粒充分长大,获得特粗晶粒的碳化钨产品。 工艺路线：原料选择→高温还原→钨粉分级→配碳→高温碳化→球磨破碎→碳化物分级→合批。 （2）特粗晶粒硬质合金： 利用公司自主研制的特粗碳化钨,研究己烷石蜡球磨工艺、成型工艺以及烧结工艺,解决特粗硬质合金生产中存在的球磨效率低下、混合料流动性差、半成品密度不均匀引起的产品尺寸波动大、烧结易粘舟变形等问题,同时引入导热系数检测指标,摸索导热系数在粗晶硬质中的检测分析技术。 （3）粗晶硬质合金工具： 研究连续焊接热处理技术,改进传统的先焊接、后热处理的采掘工具（硬质合金工具）生产工艺,独立自主设计采掘工具产品,避免专利陷阱。 2、技术性能指标 （1）超粗碳化钨 牌号：WCG300,粒度（m2/g或μm）：24.0～30.0、总碳（%）：6.14～6.18、激光粒度（μm）：D10 4.02、D50 16.84、D90 34.07、W2C相含量（%）：≤1.5。 （2）粗晶硬质合金 ZD10T牌号：密度g/cm3 14.91、矫顽磁力kA/m 5.3、洛氏硬度HRA 87.3、钴磁% 5.95、抗弯强度≥2000N/mm2。 ZD25T牌号：密度g/cm3 14.58、矫顽磁力kA/m 5.7、洛氏硬度HRA 86.3、钴磁% 8.77、抗弯强度≥2200N/mm2。 ZD30T牌号：密度g/cm3 14.48、矫顽磁力kA/m 4.3、洛氏硬度HRA 85.9、钴磁% 9.50、抗弯强度≥2200N/mm2。 ZD40T牌号：密度g/cm3 14.30、矫顽磁力kA/m 4.0、洛氏硬度HRA 85.3、钴磁% 11.25、抗弯强度≥2000N/mm2。 （3）采掘工具 铣刨工具尺寸偏差要求：头部长度（l）±0.5、肩部直径（d3）±0.3、总长（L1）±1.0。 齿体热处理后硬度要求（表面硬度,HRC）：HUB出口型40～48,HUB型（不含HUB/22型）50～55,HUB/22型、HUZ型、HUS型：头部50～55、刀柄38～42。 齿体与硬质合金的钎焊焊缝抗剪力：平底、帽形合金焊缝45°剪切力P≥49000 N,柱形合金焊缝抗剪强度τ≥180MPa。 三、技术创造性和先进性 1、研制了新型的耐高温镍合金舟皿,可在1250℃以上的还原环境中保持不变形和碳化,实现了还原工艺推舟的自动化。 2、采用1200℃以上高温还原工艺和2300℃以上高温碳化工艺,辅以气流分级技术,制备饱和碳化钨（fsss≥22μm,化和碳≥6.10%）,并以此为原料制备出WC晶粒度达到4～8微米的粗晶硬质合金。 3、采用棒状研磨体结合低球料比（2：1）方法来制备粗晶混合料,实现了粗晶粒合金混合料的高效生产（300型球磨机一次配料量500公斤、球磨时间14-15小时）。低模具收缩系数（1.19-1.21）、短下冲头滑动面长度,匹配专用“大头直边”尺寸模块量具,增强粗晶硬质合金半成品密度,解决成品孔洞及产品尺寸不合格的问题。 4、在粗晶硬质合金中引入导热系数检测指标,建立导热系数和硬质合金矫顽磁力的对应关系,提高粗晶硬质合金的质量控制手段。 5、连续焊接热处理工艺,实现采掘工具焊接和热处理工序的有机结合,降低转工序给产品带来的不良影响,同时提高生产效率。 四、技术成熟度 本项目研制了超粗颗粒碳化钨、粗晶硬质合金、采掘工具产业化制备技术,技术成熟,产品逐步推进市场,超粗碳化钨、粗晶铣刨、截齿硬质合金产品及成品工具质量稳定,得到用户好评。技术查新显示,涉及本项目的技术除本项目外在国内未有相关报道及文献。 五、应用情况 该成果在公司得到推广应用,产品质量得到用户认可,近三年累计销售收入33216万元,实现利润2657.28万元。