截齒六大失效形式
截齒在截割煤巖時(shí)承受高的壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力和沖擊負(fù)荷，煤的硬度雖不很高，但其中經(jīng)常會(huì)遇到煤矸石等硬的礦料，并且在采煤和鑿巖過程中，截齒還有升溫問題，導(dǎo)致齒頂材質(zhì)軟化，加速了截齒的失效過程。
1．1刀頭脫落
當(dāng)截齒磨損到一定程度后，其齒尖的硬質(zhì)合金(刀形齒為合金片，鎬形齒為合金頭)將脫落。刀頭脫落的原因主要有2個(gè)方面：
(1)釬焊質(zhì)量問題，如焊接處存在夾砂、微裂紋以及虛焊等缺陷；
(2)截齒在截到煤巖時(shí)承受的強(qiáng)大沖擊負(fù)荷，致使缺陷產(chǎn)生應(yīng)力集中，反復(fù)的沖擊，必然導(dǎo)致合金刀頭的松動(dòng)，直致脫落。脫落硬質(zhì)合金刀頭的截齒已經(jīng)完全失效。
1．2刀頭碎裂(崩刃)
截齒截割煤巖時(shí)在沖擊載荷的作用下，刀頭處于高壓應(yīng)力狀態(tài)。若遇到煤巖中堅(jiān)硬的礦料，在齒刃與煤巖接觸不良處承受高的剪應(yīng)力，處于拉應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)拉應(yīng)力超過合金的強(qiáng)度極限時(shí)即發(fā)生碎裂，對于刀形齒來說表現(xiàn)為合金片的斷裂，而鎬形齒為鑲嵌刀尖的折斷。合金刀頭碎裂一崩刃后，截齒缺乏銳利的合金齒尖，使截割阻力劇增，直接影響生產(chǎn)效率的提高，且加劇了截齒的磨損。
1．3截齒的磨損
(1)磨粒磨損
截齒在工作過程中，磨粒(煤矸石等)與截齒表面間產(chǎn)生較大的壓應(yīng)力，帶有銳利棱角并具有合適的迎角的磨粒能切削截齒表面形成顯微切削；如果磨粒不夠尖銳或刺入截齒表面角度不適當(dāng)，則在截齒表面擠出犁溝，隨著截齒工作時(shí)間的延長，磨粒反復(fù)對截齒表面推擠，產(chǎn)生嚴(yán)重的塑性變形流動(dòng)，使得表面下層塑性發(fā)生相互作用，導(dǎo)致塑變區(qū)內(nèi)位錯(cuò)密度增加，變形材料表面產(chǎn)生裂紋，裂紋擴(kuò)展，截齒表面形成薄片狀磨屑。而且煤層中存在腐蝕性介質(zhì)與截齒表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成表面材料腐蝕，機(jī)械性能下降，并使表層金屬與基體材料結(jié)合力降低，加快了截齒材料表層的磨損。
(2)熱疲勞磨損
截齒在截割煤巖時(shí)，承受高的間歇式的沖擊載荷，為了分析其對截齒表層的破壞，可將沖擊載荷分解成法向力和切向力。法向力和切向力通過接觸點(diǎn)作用傳遞到截齒次表層，在這些力的作用下，截齒表面上較硬的微凸點(diǎn)將變形，反復(fù)擠壓導(dǎo)致附近軟表面產(chǎn)生塑性流動(dòng)并在截齒亞表面層形成積累。同時(shí)截齒截割煤巖時(shí)，由于磨損熱使刀頭磨損表面產(chǎn)生600—800℃的高溫，而截齒截割煤巖是周期性的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故升溫是交變的，當(dāng)?shù)额^接觸煤巖時(shí)升溫，離開煤巖時(shí)降溫，使截齒齒頂產(chǎn)生高溫回火，其組織一般為回火索氏體和鐵素體，其硬度下降50％，加速了截齒的磨損。由于截齒表層溫度的不斷變化，材料表層進(jìn)一步軟化，導(dǎo)致塑變區(qū)內(nèi)出現(xiàn)波浪式塑性流動(dòng)和位錯(cuò)密度增加，反復(fù)的彈塑變形，又使位錯(cuò)集中，繼而在表層出現(xiàn)橫向微裂紋。大量的調(diào)研表明，各礦用截齒的失效各不相同，軟質(zhì)煤或夾矸少的各礦，截齒失效以多次磨損為主，硬質(zhì)煤或夾矸多的各礦多以合金頭崩碎、丟失和桿斷為主。
一般來說，被磨材料的硬度與抗磨料磨損性能成正比，但在復(fù)雜的工況條件下，高硬度不一定對應(yīng)高的耐磨性，尤其在受沖擊載荷時(shí)更是這樣。同時(shí)在截齒的磨損失效過程中，材料的硬度和磨料的硬度都不是一個(gè)準(zhǔn)確值，因?yàn)椴牧现锌赡艽嬖谲浀牟糠?如硬質(zhì)合金中的粘結(jié)相，刀體中的鐵素體相)，軟磨料中也可能存在硬的粒子(如煤中的黃鐵礦、石英等)，煤實(shí)際上是一種混合磨料，其中軟磨料對截齒表面反復(fù)擠壓導(dǎo)致材料的疲勞磨損，而硬磨料則直接犁切截齒表面。
1．4齒身彎曲
當(dāng)截齒承受很大的外力時(shí)，導(dǎo)致截齒的結(jié)構(gòu)尺寸、剛度、布置方式等方面發(fā)生變化，引起齒身彎曲。齒身彎曲多發(fā)生在徑向布置(彎矩較大)．的刀形齒上。齒身彎曲后，截齒受力狀態(tài)改變，就不能很好地完成截割任務(wù)。
1．5齒身折斷
由于截齒齒身強(qiáng)度不足，截齒截割堅(jiān)硬巖石或包裹體夾雜物時(shí)，載荷加大，超過截齒許用強(qiáng)度時(shí)就容易引起齒身折斷。
1．6截齒丟失
在實(shí)際使用過程中，截齒的丟失現(xiàn)象也是普遍存在的問題。截齒丟失的主要原因在于：截齒固定不可靠或固定裝置磨損等等。為了分析比較截齒的各種失效程度，取7種不同截齒的失效形式統(tǒng)計(jì)，得其各失效形式的百分比。
由百分比圖可見，各種截齒的失效形式所占比例不同，依重輕程度的次序分別為：磨損、刀頭脫落、齒身折斷、齒身彎曲。約有50％的截齒失效是由磨損造成的。