CN102626774A - 一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，包括外层冷硬铸铁耐磨材料和内层支撑灰铁材料熔炼、离心浇注模具准备、离心浇注、冷却、脱模取件工序，外层冷硬铸铁耐磨材料的基体组织结构为：碳化物含量40~50%、珠光体含量40~50%、莱式体含量0~20%；离心浇注时的冷却速度为：从1350℃降到1180℃区间的冷却速度控制在大于80℃/min,从1180℃降到720℃区间的冷却速度为20~25℃/min，从720℃降到常温区间的冷却速度控制在小于30℃/h。本发明的优点在于：利用该方法制造出来的轧辊外层材料晶粒较细且均匀，辊体硬度沿径向、轴向硬度变化较小；抗拉强度强，耐磨性好，使用寿命长。

Description

一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法

技术领域

本发明涉及食品机械中轧辊制造方法领域，特别涉及一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法。

背景技术

在食品机械加工领域，有一种双金属复合冷硬铸铁轧辊，比如面粉轧辊等，通常由两层金属复合而成，为较长的圆柱体型，对轧辊表面沿径向和沿轴向的硬度要求都很高。

现有的双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，通常包括外层冷硬铸铁耐磨材料和内层支撑灰铸铁材料熔炼、离心浇注模具准备、离心浇注、冷却、脱模取件工序。其中外层冷硬铸铁耐磨材料基体组织结构要求:碳化物含量控制在30~40%，珠光体含量控制在50~60%，莱式体组织含量为0~20%；另外，现有的制造工艺中也很少去关注冷硬铸铁材料成形的冷却曲线，也就是不同阶段的冷却速度的控制。在离心浇注模具的设计上，也主要考虑单金属离心浇注模具的设计并依据生产经验采用壁厚比的模式来计算和设计模具尺寸，通常设计参数为模具壁厚：铸件壁厚=1.2~2.0 : 1 。并且通过一系列试验，最终确定希望采用的模具尺寸。

现有的双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法的缺点在于：制造出来的轧辊外层冷硬铸铁耐磨材料晶粒较粗且不均匀，辊身硬度波动幅度较大，主要体现在辊体硬度沿径向变化较大，通常直径每缩小一毫米硬度降低30HB以上；辊体硬度沿轴向硬度差异较大，通常轴向硬度差在30~50HB之间；从而导致轧辊抗拉强度不足，耐磨性较差，最终导致轧辊的使用寿命短。

发明内容

本发明目的是提供一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，以克服背景技术中提到的利用现有技术制造方法制造冷硬铸铁轧辊时，轧辊硬度波动、变化幅度大，从而导致轧辊抗拉强度不足，耐磨性较差、寿命短的缺点。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，包括外层冷硬铸铁耐磨材料和内层支撑灰铁材料熔炼、离心浇注模具准备、离心浇注、冷却、脱模取件工序，所述外层冷硬铸铁耐磨材料的基体组织结构为：碳化物含量40~50%、珠光体含量40~50%、莱式体含量0~20%；离心浇注时的冷却速度控制为：从1350℃降到1180℃区间的冷却速度控制在大于80℃/min, 从1180℃降到720℃区间的冷却速度控制在20~25℃/min，从720℃降到常温区间的冷却速度控制在小于30℃/h。

其中外层冷硬铸铁耐磨材料化学成分为：C 3.50~3.65%、Si 0.40~0.45%、Mn 0.40~0.48%、P 0.40~0.45%、Fe 94.97~95.30%。

特别地，为了确保离心浇注模具具有必要的蓄热能力和热传导能力，并最终确保冷硬铸铁耐磨材料在凝固时获取合适的过冷度，所述离心浇注模具设计具备：轧辊需要的外层冷硬铸铁耐磨材料质量与浇注模具本体质量之比控制在0.14~0.20之间。

特别地，由于模具本体中间区域冷却速度较慢，为了达到离心浇注过程中模具本体中间区域和模具本体两端区域温升速度一致、以及同步均匀冷却，将所述离心浇注模具本体设计为径向变截面结构，即离心浇注模具本体中间区域的径向截面大于模具本体两端区域的径向截面。

特别地，离心浇注模具准备步骤中，在准备熔炼浇注前，将离心浇注模具烘烤到200℃，清理模具内腔，在模具内表面涂敷上一层约2~3mm厚的覆膜砂,并冷却至常温。

本发明所述的双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法的有益效果为：制造出来的轧辊外层冷硬铸铁耐磨材料晶粒较细且均匀，硬度波动幅度较小；同时辊体硬度沿径向变化也较小，辊体外表面5mm深度之内，直径每缩小一毫米硬度降低控制在30HB以内；辊体硬度沿轴向硬度差异也较小，轴向硬度差控制在30HB以内；从而使得轧辊抗拉强度强，耐磨性好，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法中冷却曲线示意图。

图2是本发明涉及的双金属复合冷硬铸铁轧辊的剖面结构示意图。

图3是本发明涉及的离心铸造模具的剖面结构示意图。

其中图2、图3的符号说明如下：

1、轧辊，11、外层冷硬铸铁耐磨材料，12、内层支撑灰铁材料，2、模具壁，21、模具本体中间区域，22、模具本体两端区域，3、模具腔。

具体实施方式

现结合说明书附图，举例说明：

如图2所示，要生产一种外径250mm、内孔100mm、长度1000mm的双金属复合冷硬铸铁轧辊1，外层冷硬铸铁耐磨材料11深度为10~20mm, 外层冷硬铸铁耐磨材料11的硬度450~490HB，辊身硬度差在30HB以内，铸件坯料外径258mm，内孔85~90mm,长度1020mm, 外层冷硬铸铁耐磨材料11深度为14~24mm。该轧辊1外层冷硬铸铁耐磨材料11重量约为150kg,内层支撑灰铁材料12重量约为200kg。外层冷硬铸铁耐磨材料11的基体组织结构为：碳化物含量40~50%、珠光体含量40~50%、莱式体含量0~20%。

其中外层冷硬铸铁耐磨材料11化学成分为：C 3.65%、Si 0.45%、Mn 0.48%、P 0.45%、Fe 94.97%。

制造时，先将外层冷硬铸铁耐磨材料11和内层支撑灰铁材料12熔炼。

再进行离心浇注模具准备。如图3所示，双金属复合冷硬铸铁轧辊的离心浇注模具由模具腔3和模具壁2组成，对应地，模具设计选用确定轧辊零件的外层冷硬铸铁耐磨材料11质量与浇注模具质量之比为 0.14。根据核算，模具厚度采用85~100之间过渡。所述离心浇注模具本体设计为径向变截面结构，即离心浇注模具本体中间区域21的径向截面大于模具本体两端区域22的径向截面，即模具中间略微凸起。在准备熔炼浇注前，将离心浇注模具烘烤到200℃，清理模具内腔，在模具内表面涂敷上一层约2~3mm厚的覆膜砂,并冷却至常温。将准备好的常温离心浇注模具架到离心机上，并启动离心机，使得离心浇注模具转速提高至1100~1150r/min。

离心浇注时，外层冷硬铸铁耐磨材料11和内层支撑灰铁材料12熔炼铁水同时出炉，出炉温度均为1500~1550℃，待外层冷硬铸铁耐磨材料冷却至约1350℃后，开始以约4kg/s的浇注速度从两端同时各浇注约75kg的外层冷硬铸铁耐磨材料11铁水注入离心浇注模具，使得冷却速度控制在大于80℃/min。

提高离心机转速至1300~1350r/min。待外层冷硬铸铁耐磨材料11冷却至约1180℃，以约3kg/s的浇注速度从离心机两端同时各浇注100kg的内层支撑灰铁材料12铁水，使得冷却速度控制在20~25℃/min。

内层浇注结束后，开始缓慢降低离心机转速至700r/min，并保持离心机转速，控制双金属复合冷硬铸铁轧辊的冷却速度。

待轧辊冷却至约720℃，将铸件从模具中取出，并放入保温炉或保温桶中冷却24h后取出，使得冷却速度控制在小于30℃/h。即完成整个浇注制造过程。

Claims (4)

1.一种双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，包括外层冷硬铸铁耐磨材料（11）和内层支撑灰铁材料（12）熔炼、离心浇注模具准备、离心浇注、冷却、脱模取件工序，其特征在于：所述外层冷硬铸铁耐磨材料（11）的基体组织结构为：碳化物含量40~50%、珠光体含量40~50%、莱式体含量0~20%；离心浇注时的冷却速度控制为：从1350℃降到1180℃区间的冷却速度控制在大于80℃/min, 从1180℃降到720℃区间的冷却速度控制在20~25℃/min，从720℃降到常温区间的冷却速度控制在小于30℃/h。

2.如权利要求1所述的双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，其特征在于：所述离心浇注模具设计具备：轧辊（1）需要的外层冷硬铸铁耐磨材料（11）质量与浇注模具本体质量之比控制在0.14~0.20之间。

3.如权利要求2所述的双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，其特征在于：所述离心浇注模具本体为径向变截面结构，即离心浇注模具本体中间区域（21）的径向截面大于模具本体两端区域（22）的径向截面。

4.如权利要求2所述的双金属复合冷硬铸铁轧辊的制造方法，其特征在于：离心浇注模具准备步骤中，在准备熔炼浇注前，将离心浇注模具烘烤到200℃，清理模具内腔，在模具内表面涂敷上一层约2~3mm厚的覆膜砂,并冷却至常温。

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