Горная кирка — это режущий инструмент, используемый в угольных шахтах и ​​тоннелепроходческих машинах. Преимущества и недостатки качества горной кирки напрямую влияют на эффективность работы машины и себестоимость производства предприятий. С ростом спроса на энергию, особенно на уголь, для повышения эффективности добычи, а также с увеличением мощности угольных шахт, качество горных кирок становится все выше. В качестве материала для горных кирок требуется высокая прочность, твердость, износостойкость, высокая прочность на изгиб и коррозионная стойкость, чтобы предотвратить разрушение, изгиб, деформацию и преждевременный износ в процессе эксплуатации.

К общей классификации шахтных кирок относятся: зубья для добычи угля, зубья для копания, зубья для вращательного копания и т. д.

Обычный материал для кирки в горнодобывающей промышленности

В настоящее время в стране и за рубежом наиболее распространены сплавы, используемые для изготовления горных кирок, в основном из систем Cr-Mo, Mn-B, Cr-Ni-Mo, Cr-Mn-Si, Si-Mn-Mo и др., в зависимости от способа производства: литые и кованые горные кирки.

Процесс производства кирок для горнодобывающей промышленности можно разделить на 3 типа.

(1) Корпус кирки обрабатывается и формируется, головка припаивается из карбида, нагревается в соляной печи, подвергается изотермической закалке с нитратной солью и отпуску.

(2) Обработка и формовка корпуса горной кирки, нагрев в соляной печи, изотермическое закаливание нитратной соли, очистка, пайка, твердосплавная головка, отпуск.

(3) Технология интеграции пайки и термообработки.

(1) Твердосплавная обработка поверхности. Износостойкий слой на поверхности горной кирки представляет собой использование наплавочного материала с высокой твердостью и высокой износостойкостью. На головку зубьев горной кирки наносится один или несколько слоев наплавочного материала, образующих защитный пояс. Этот слой обладает высокой износостойкостью и хорошей коррозионной стойкостью, благодаря чему головка зубьев кирки не контактирует напрямую с добываемой угольной породой, что снижает трение и ударную нагрузку между головкой зубьев и угольным пластом, замедляет износ и износ кирки, продлевая срок ее службы. Наплавка имеет преимущества простоты оборудования, низкой стоимости, большей гибкости в эксплуатации и может применяться в широком спектре работ.

(2) Термическое напыление поверхности. Другой метод обработки поверхности горных кирок заключается в использовании технологии термического напыления для повышения износостойкости и срока службы головной части горной кирки. Например, на головку горной кирки наносится слой металлокерамики методом высокотемпературного напыления, что повышает твердость головки (HRC ≥ 60), обеспечивает высокую твердость и хорошую износостойкость, а срок службы горной кирки может увеличиться более чем на 50%!

(3) Методы поверхностной металлургии. Технология поверхностной металлургии заключается в использовании плазменной дуги в качестве источника тепла для получения равномерно плотного слоя на поверхности подложки, который в сочетании с прочным специальным защитным покрытием обеспечивает металлургическое соединение покрытия и металлической подложки. Плазменная наплавка представляет собой быстрый процесс неравновесной кристаллизации с упрочнением за счет пересыщенного твердого раствора, дисперсионного упрочнения, упрочнения осаждением и других упрочняющих эффектов. Полученный металлургический слой обладает очень высокой износостойкостью, коррозионной стойкостью и устойчивостью к высокотемпературному окислению.

(4) Химическая термообработка. Химическая термообработка включает в себя науглероживание, инфильтрацию бора, инфильтрацию хрома и другие химические термообработки поверхности горных кирок, в результате чего на поверхности кирок образуются соединения с более высокой твердостью, что повышает износостойкость поверхности. Благодаря борированию и обработке хромом сплава 40CrNiMo на поверхности образуются соединения бора и хрома, что повышает твердость поверхности и износостойкость, тем самым увеличивая срок службы горных кирок.

Процесс лазерной наплавки для горнодобывающих кирок

Использование лазера в качестве источника тепла для расплавления порошка на поверхности заготовки обеспечивает металлургическое соединение с высокой прочностью сцепления и низким коэффициентом разбавления. Лазерная наплавка — это новая технология модификации поверхности. Принцип заключается в использовании высокоплотного лазерного луча, который быстро расплавляет сплав с различным составом и свойствами, а также поверхность подложки, формируя слой сплава с совершенно разным составом и свойствами, который быстро затвердевает. По сравнению с традиционными методами наплавки, напыления, гальванического покрытия и другими, лазерная наплавка имеет низкий коэффициент разбавления, низкую плотность, обеспечивает прочное сцепление покрытия и подложки, подходит для сплавления большего количества материалов, а также позволяет значительно изменять характеристики материала по размеру частиц и содержанию.

Лазерная наплавка горных кирок обеспечивает износостойкость, длительный срок службы, прочность и отсутствие искр. Это не только снижает себестоимость добычи угля и трудозатраты рабочих, но и является хорошим решением давней проблемы, угрожающей безопасности добычи угля из-за искр, возникающих при использовании горных кирок в процессе работы. Применение материалов для лазерной наплавки позволяет добиться универсальности и контролируемости характеристик и формы наплавляемого слоя; применение материалов и процесса лазерной наплавки является комплексным решением проблемы размягчения при отжиге головки зуба в процессе пайки.