CN101716656A

CN101716656A - 一种金属陶瓷复合辊环及其制备方法

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Publication number: CN101716656A
Application number: CN200910273253A
Authority: CN
Inventors: 潘应君; 徐�明; 唐望生
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: CN101716656B

Abstract

本发明具体涉及一种金属陶瓷复合辊环及其制备方法。采用的技术方案是：该复合辊环由辊环(2)和基体(1)构成；首先将合金粉末经模压或等静压成型为辊环(2)，在1100～1400℃条件下烧结10～180分钟。然后将烧结制得的辊环(2)的内壁作为铸模型腔的一部分，采用铸造工艺在其内设置一同心圆柱体砂芯，辊环(2)的内壁及同心圆柱体砂芯构成铸模的型腔，在型腔中浇铸钢水或铁水，浇铸前的辊环(2)或为常温或加热至350～1100℃；脱膜后，得到基体(1)与辊环(2)的连接体即为金属陶瓷复合辊环。本发明采用热膨胀性相近的铁基三元硼化物金属陶瓷与球墨铸铁或合金结构钢复合，具有复合界面结合良好、耐磨性能好、易加工、安装方便、生产成本低等特点。

Description

一种金属陶瓷复合辊环及其制备方法

技术领域

本发明属于轧钢机械中的轧辊技术领域。具体涉及一种金属陶瓷复合辊环及其制备方法。

背景技术

辊环是高速线材轧机上的关键备件，由于辊环工作时与约为1000℃的线材相接触，表面温度很高，因此要求辊环在高温下能保持高硬度，高耐磨性，并且具有一定的强度。目前国内外已开发出多种制造辊环的材质，常用的材质有合金球铁、贝氏体球铁、高铬铸铁、高钨铬合金铸铁、高钒铸铁、高镍铬无限冷硬铸铁、离心铸造高速钢辊环、球墨铸铁作基材的复合辊环、工具型钢锻造辊环以及WC(碳化钨)硬质合金辊环等。

随着轧机轧制速度的提高，以及对生产率的要求，传统的合金球铁、贝氏体球铁、高铬铸铁、高钨铬合金铸铁、高钒铸铁、高镍铬无限冷硬铸铁等材质做成的辊环已不能满足生产要求，在此条件下开发出了高速钢辊环，WC硬质合金辊环。

高速钢辊环主要用离心铸造方法生产，由于合金元素密度差较大，在离心力作用下高速钢辊环易产生严重偏析，密度大的元素(如W、Mo)富集于辊环外层，密度小的元素(如V)富集于辊环内层，使其优异的耐磨性能得不到充分发挥，同时元素的偏析也使得辊环的硬度均匀性降低。高速钢辊环内孔硬度高，加工困难。由于生产效率的更高的要求，高速钢辊环的硬度及加工精度均不能满足需要，因此开发了WC(碳化钨)硬质合金辊环。

WC(碳化钨)硬质合金辊环虽有其他辊环难以比拟的优点，但受粉末冶金工业的限制，不同批号的产品质量波动很大。某些辊环的固有缺陷可造成轧钢生产中辊环的非正常损坏，再加上是整体式辊环故成本较高。由于硬质合金的硬度高导致加工困难，装配也很复杂，所以应运而生了复合WC硬质合金辊环。

对于复合WC硬质合金辊环，界面的结合状况是关键性因素。对于球墨铸铁作基材的WC复合硬质合金辊环，由于WC硬质合金与铸铁是两种材料的热膨胀性相差很大，因此两者之间的结合有一定的困难，极易在冷却的过程中形成开裂，即使不开裂也会有很大的内应力。有人采用在浇注后进行去应力退火，效果却并不理想。

发明内容

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种复合界面结合良好、耐磨性能好、生产成本低、易加工和装配方便的金属陶瓷复合辊环及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该复合辊环由辊环和基体构成；首先将合金粉末经模压或等静压成型为辊环，再在1100～1400℃条件下烧结10～180分钟；然后将烧结制得的辊环的内壁作为铸模型腔的一部分，采用铸造工艺在其内设置一同心圆柱体砂芯，辊环的内壁及同心圆柱体砂芯构成铸模的型腔，在型腔中浇铸钢水或铁水，浇铸前的辊环或为常温或加热至350～1100℃；脱膜后，得到基体与辊环的连接体即为金属陶瓷复合辊环。

在本发明的技术方案中：

铸造工艺或为型砂铸造工艺或为失蜡铸造工艺；钢水为液态合金结构钢，铁水为液态球墨铸铁；模压或等静压的压力为50～350MPa；烧结或为真空烧结或为热压烧结。

合金粉末的制备工艺是：以无水乙醇、汽油、丙酮、己烷、四氯化碳、苯中的一种为球磨介质，先将合金粉末原料经球磨机球磨8～72小时。或球磨后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡、100～500ml/Kg的橡胶汽油溶液中的一种，混合1～10小时，然后真空干燥至衡重，过20～200目筛，即得合金粉末；或将球磨后的浆料先真空干燥至衡重，过20～200目筛，然后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡、100～500ml/Kg的橡胶汽油溶液中的一种，搅拌混合均匀，过20～200目筛后真空干燥至衡重，即得合金粉末。

在合金粉末的制备工艺中：橡胶汽油溶液浓度为5～15wt％；合金粉末原料的化学成分是：Mo为20～60wt％、Fe为30～50wt％、B为2～15wt％、V为1～15wt％、Cr为1～15wt％、Ni为1～15wt％、C为0.1～2wt％。

由于采用上述技术方案，本发明用耐磨性好的铁基三元硼化物金属陶瓷与价格低廉的球墨铸铁或合金结构钢复合，使整体成本大大降低。复合的两种材料热膨胀性相近，界面结合良好，解决了长期以来复合辊环两种基材的界面结合问题。将金属陶瓷作为辊环的工作表面使得辊环具有很好的耐磨性，基体材质较软，便于后期加工及装配。

因此，本发明具有复合界面结合良好、耐磨性能好、易加工、安装方便、生产成本低等特点。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对保护范围的限制：

实施例1

一种金属陶瓷复合辊环及其制备方法。该金属陶瓷煤复合辊环的结构如图1所示，由基体1和辊环2构成。

本实施例1的制备方法是：首先将合金粉末经模压成型为辊环2，成型压力为50～125MPa，在1100～1175℃条件下真空烧结10～50分钟；然后将烧结制得的辊环2的内壁作为铸模型腔的一部分，采用型砂铸造工艺在其内设置一同心圆柱体砂芯，辊环2的内壁及同心圆柱体砂芯构成铸模的型腔，在型腔中浇铸液态合金结构钢，浇铸前的辊环2温度为常温；脱膜后，得到基体1与辊环2的连接体即为金属陶瓷复合辊环。

合金粉末的制备工艺是：以无水乙醇为球磨介质，先将合金粉末原料经球磨机球磨8～24小时；球磨后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡，混合1～10小时，然后真空干燥至衡重，过20～200目筛，即得合金粉末。

合金粉末原料的化学成分是：Mo为20～30wt％、Fe为40～50wt％、B为7～15wt％、V为4～7wt％、Cr为5～10wt％、Ni为10～15wt％、C为0.1～0.6wt％。

实施例2

一种金属陶瓷复合辊环及其制备方法，该金属陶瓷煤复合辊环的结构同实施例1。

本实施例2的制备方法是：首先将合金粉末经等静压成型为辊环2，成型压力为125～200MPa，在1175～1250℃条件下热压烧结50～90分钟；然后将烧结制得的辊环2的内壁作为铸模型腔的一部分，采用失蜡铸造工艺在其内设置一同心圆柱体砂芯，辊环2的内壁及同心圆柱体砂芯构成铸模的型腔，在型腔中浇铸液态合金结构钢，浇铸前的辊环2加热至350～600℃；脱膜后，得到基体1与辊环2的连接体即为金属陶瓷复合辊环。

合金粉末的制备工艺是：以汽油为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨24～40小时；再外加合金粉末原料100～300ml/Kg的浓度为5～15wt％的橡胶汽油溶液，混合1～10小时，然后真空干燥至衡重，过20～200目筛即得合金粉末。

本实施例2中的合金粉末原料的化学成分是：Mo为28～38wt％、Fe为39～44wt％、B为4～8wt％、V为7～15wt％、Cr为4～7wt％、Ni为5～7wt％、C为0.4～1.5wt％。

实施例3：

本实施例3的制备方法是：首先将合金粉末经模压成型为辊环2，成型压力为200～275MPa，在1250～1325℃条件下热压烧结90～140分钟；然后将烧结制得的辊环2的内壁作为铸模型腔的一部分，采用失蜡铸造工艺在其内设置一同心圆柱体砂芯，辊环2的内壁及同心圆柱体砂芯构成铸模的型腔，在型腔中浇铸液态球墨铸，浇铸前的辊环2加热至600～850℃；脱膜后，得到基体1与辊环2的连接体即为金属陶瓷复合辊环。

合金粉末的制备工艺是：以丙酮为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨40～56小时；将球磨后的浆料先真空干燥至衡重，过20～200目筛，然后外加合金粉末原料1～10％的液体石蜡，搅拌混合均匀，过20～200目筛后真空干燥至衡重，即制得合金粉末。

本实施例3中的合金粉末原料的化学成分是：Mo为36～46wt％、Fe为34～39wt％、B为6～15wt％、V为1～4wt％、Cr为6～15wt％、Ni为6～10wt％、C为0.7～2wt％。

实施例4：

本实施例4的制备方法是：首先将合金粉末经等静压成型为辊环2，成型压力为275～350MPa，在1325～1400℃条件下真空烧结140～180分钟；然后将烧结制得的辊环2的内壁作为铸模型腔的一部分，采用型砂铸造工艺在其内设置一同心圆柱体砂芯，辊环2的内壁及同心圆柱体砂芯构成铸模的型腔，在型腔中浇铸液态球墨铸，浇铸前的辊环2加热至850～1100℃；脱膜后，得到基体1与辊环2的连接体即为金属陶瓷复合辊环。

合金粉末的制备工艺是：以己烷为球磨介质，将合金粉末原料经球磨机球磨56～72小时；将球磨后的浆料先真空干燥至衡重，过20～200目筛，然后外加合金粉末原料200～500ml/Kg的浓度为5～15wt％的橡胶汽油溶液，搅拌混合均匀，过20～200目筛后真空干燥至衡重，即制得合金粉末。

本实施例4中的合金粉末原料的化学成分是：Mo为46～60wt％、Fe为30～35wt％、B为2～4wt％、V为1～4wt％、Cr为1～5wt％、Ni为1～5wt％、C为0.1～0.6wt％。

合金粉末原料的化学成分是：Mo为20～60wt％、Fe为30～50wt％、B为2～15wt％、V为1～15wt％、Cr为1～15wt％、Ni为1～15wt％、C为0.1～2wt％。

本具体实施方式采用耐磨性好的铁基三元硼化物金属陶瓷与价格低廉的球墨铸铁或合金结构钢复合，使整体成本大大降低。复合的两种材料热膨胀性相近，界面结合良好，解决了长期以来复合辊环两种基材的界面结合问题。将金属陶瓷作为辊环的工作表面使得辊环具有很好的耐磨性，基体材质较软，便于后期加工及装配。

因此，本具体实施方式具有复合界面结合良好、耐磨性能好、易加工、安装方便、生产成本低等特点。

Claims

1.一种金属陶瓷复合辊环的制备方法，其特征在于该复合辊环由辊环(2)和基体(1)构成；首先将合金粉末经模压或等静压成型为辊环(2)，再在1100～1400℃条件下烧结10～180分钟；然后将烧结制得的辊环(2)的内壁作为铸模型腔的一部分，采用铸造工艺在其内设置一同心圆柱体砂芯，辊环(2)的内壁及同心圆柱体砂芯构成铸模的型腔，在型腔中浇铸钢水或铁水，浇铸前的辊环(2)或为常温或加热至350～1100℃；脱膜后，得到基体(1)与辊环(2)的连接体即为金属陶瓷复合辊环。

2.根据权利要求1所述的金属陶瓷复合辊环的制备方法，其特征在于所述的铸造工艺或为型砂铸造工艺或为失蜡铸造工艺。

3.根据权利要求1所述的金属陶瓷复合辊环的制备方法，其特征在于所述的钢水为液态合金结构钢，铁水为液态球墨铸铁。

4.根据权利要求1所述的金属陶瓷复合辊环的制备方法，其特征在于所述的模压或等静压的压力为50～350MPa。

5.根据权利要求1所述的金属陶瓷复合辊环的制备方法，其特征在于所述的合金粉末的制备工艺是：以无水乙醇、汽油、丙酮、己烷、四氯化碳、苯中的一种为球磨介质，先将合金粉末原料经球磨机球磨8～72小时；

或球磨后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡、100～500ml/Kg的橡胶汽油溶液中的一种，混合1～10小时，然后真空干燥至衡重，过20～200目筛，即得合金粉末；

或将球磨后的浆料先真空干燥至衡重，过20～200目筛，然后外加合金粉末原料1～10wt％的液体石蜡、100～500ml/Kg的橡胶汽油溶液中的一种，搅拌混合均匀，过20～200目筛后真空干燥至衡重，即得合金粉末；

所述的合金粉末原料的化学成分是：Mo为20～60wt％、Fe为30～50wt％、B为2～15wt％、V为1～15wt％、Cr为1～15wt％、Ni为1～15wt％、C为0.1～2wt％。

6.根据权利要求4所述的金属陶瓷复合辊环的制备方法，其特征在于所述的橡胶汽油溶液浓度为5～15wt％。

7.根据权利要求1所述的金属陶瓷复合辊环的制备方法，其特征在于所述的烧结或为真空烧结或为热压烧结。

8.根据权利要求1～7项中任一项所述的金属陶瓷复合辊环的制备方法所制备的金属陶瓷复合辊环。