CN102758166A - 复合材料冷轧辊加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合材料冷轧辊加工工艺，通过采用超音速喷涂冷轧辊感应重熔工艺、设定合理的工艺参数，使得冷轧辊的工作面产生高硬度合金层，制备得到的冷轧辊其工作面的碳化钨含量达到80％以上，重熔后合金层孔隙率达到0.1％以下，合金与基材形成冶金结合，从而提高使用寿命10倍以上，并且平整度和光泽度明显提高。

Description

复合材料冷轧辊加工工艺
技术领域
本发明属于冷轧辊领域，尤其是涉及一种复合材料冷轧辊加工工艺。
背景技术
现阶段市场使用冷轧辊一般采用不同基材进行热处理方法进行制作。通过这种工艺生产得到的冷轧辊在轧制较硬产品时会出现使用寿命短、工作面容易出现金属疲劳层、压扎产品平整度和光泽度差、因轧辊需要经常更换导致生产线不能连续生产，影响设备生产能力，如生产电热扁带生产线每4至6小时就要进行更换。
专利CN200710030101.3、CN200910025408.3所公开的冷轧辊的加工方法均为常规的热处理方法，目前尚未见采用超音速喷涂轧机对冷轧辊耐磨工作面进行感应重熔工艺的处理方法。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种产品工作面具有高硬度合金，使用寿命长、平整度和光泽度好的复合材料冷轧辊加工工艺，尤其适合用于生产电热扁带中。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合材料冷轧辊加工工艺，包括如下步骤：
(1)采用超音速喷涂设备(HVOF)对轧辊进行喷涂碳化钨合金层。喷涂时控制轧辊自转速度为40-60rad/min，X轴向水平运动速度为200-300mm/min；将轧辊的速度控制在上述范围内可以使冷轧辊获得均匀的喷涂厚度，得到高质量合金层，得到的喷涂厚度为0.5mm-3mm。
优选的，所述碳化钨合金层，以质量百分比计，含有：
碳化钨(WC)：75-85％；钴(Co)：8-15％，镍(Ni)：3-7％，硅(Si)：1-3％，铁(Fe)：1-2％；硼(B)：0.5-1.5％，碳(C)：0.2-0.8％。
更优选的，所述碳化钨合金层，以质量百分比计，含有：碳化钨(WC)：80％；钴(Co)：10％，镍(Ni)：5％，硅(Si)：2％，铁(Fe)：1.5％；硼(B)：1％，碳(C)：0.5％。
所述超音速喷涂设备的参数控制如下，将参数控制在表1所述范围内可以使碳化钨合金层粉充分熔化，高质量、高效率得到合金层；
表1
Figure BDA00001941805100011
(2)喷涂后的轧辊自然冷却到常温后，放入感应重熔设备上，调整轧辊自转速度为150-200rad/min，X轴向水平运动速度为60-80mm/min(将速度设置在上述范围，保证了轧辊在感应重熔设备上均匀受热，在最短时间内达到重熔效果，得到氧化程度最小的重熔合金层)；感应重熔设备电流为600-800A，感应重熔加热一次，使得涂层完全熔化，表面出现金属光泽。通过感应重熔，达到涂层密度提高的效果，形成高密度、高性能合金。重熔后合金层厚度降低5％，合金密度得到提高。
(3)轧辊在感应重熔设备上转动冷却到700度后，再自然冷却到常温；
(4)把冷却到常温的轧辊放入热处理炉，热处理炉温度控制在800至900度，保温3至4小时，拿出淬火；
(5)对淬火后的轧辊进行精加工，得所述的复合材料冷轧辊。
优选的，在步骤(1)之前还包括如下步骤：
将棒材机加工成需要喷涂尺寸的轧辊，进行打砂表面粗化处理，完毕后用洁净高压空气去除表面残留颗粒或粉尘，然后将轧辊进行遮挡处理，把工作面(轧辊耐磨工作面)以外的基材全部遮挡起来。
优选的，打砂表面粗化处理是用20目棕刚玉在0.6-0.8MPA的空气压力下进行。
本发明制备得到的复合材料冷轧辊与用常规热处理得到冷轧辊，其结构示意图分别见图1和图2。与常规热处理的冷轧辊相比，本发明的复合材料冷轧辊的工作面具有一层高硬度合金层。
将本发明制备得到的复合材料冷轧辊与用常规热处理得到冷轧辊应用于生产耐磨扁带，两者的性能比较见表2。从表2可以看出，本发明得到的复合材料冷轧辊其表面硬度高，耐磨性能优越，能够有效的将设备产能提高20％以上。
表2
  产品   表面硬度   耐磨性能   工作面材料
  热处理冷轧辊   60-62HRC   4-6小时更换   淬火基材
  复合材料冷轧辊   65-68HRC   60小时以上更换   高硬度合金层
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，通过采用超音速喷涂冷轧辊感应重熔工艺、设定合理的工艺参数，产品工作面会产生高硬度合金层，得到的冷轧辊其工作面的碳化钨含量可以达到80％以上，重熔后合金层孔隙率达到0.1％以下，合金与基材形成冶金结合，表面硬度达到65-68HRC，合金与基材结合强度达到300MPA以上，提高使用寿命10倍以上，并且平整度和光泽度明显提高。
附图说明
图1是常规热处理冷轧辊结构示意图。
图2是本发明复合材料冷轧辊结构示意图。
图中：
1、工作面                 2、合金层。
具体实施方式
如图1、图2所示，与常规热处理的冷轧辊相比，本发明的复合材料冷轧辊的工作面1具有一层高硬度合金层2，其合金与基材形成冶金结合，耐磨性能优越，从而提高冷轧辊使用寿命10倍以上，并且平整度和光泽度明显提高，设备产能提高20％以上。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明的保护范围。
实施例1
一种复合材料冷轧辊加工工艺，包括如下步骤：
(1)将棒材机加成需要喷涂尺寸的轧辊，用20目棕刚玉在0.7MPA的空气压力下进行打砂表面粗化处理。完毕后用洁净高压空气去除表面残留颗粒或粉尘。
(2)轧辊进行遮挡处理，把工作面以外的基材全部遮挡起来。
(3)固定冷轧辊到设备机床上，使在喷涂时，轧辊自转速度为50rad/min，X轴向水平运动速度为260mm/min；
(4)采用超音速喷涂设备(美国TAFA公司的JP5000型超音速火焰喷涂设备)对轧辊进行喷涂碳化钨合金层，设备的参数控制如下：
OXYGEN  2100schf          SUPPLY  210psi
FUEL    5.2gph            SUPPLY  200psi
POWDER  25scfh            SUPPLY  50psi
COMBUSTION PRESSURE   110psi
OXYGEN PRESSURE       150psi
FUEL PRESSURE         130psi
WATER TEMP IN 90      OUT 150；
所述碳化钨合金层，以质量百分比计，含有：碳化钨(WC)：80％；钴(Co)：10％，镍(Ni)：5％，硅(Si)：2％，铁(Fe)：1.5％；硼(B)：1％，碳(C)：0.5％。
(5)喷涂后的轧辊自然冷却到常温后，放入感应重熔设备(潍坊恒远机电设备有限公司，型号：CYP-120)上，调整轧辊自转速度为190rad/min，X轴向水平运动速度为70mm/min，感应设备电流为750A，感应重熔加热一次，使得涂层完全熔化，表面出现金属光泽；
(6)在轧辊温度冷却到700度时，自然冷却到常温；
(7)把轧辊放入热处理炉，控制温度900度，保温4小时，拿出淬火；
(8)对淬火后的轧辊进行精加工，工件磨加工后，形成硬度高，光泽性好的高强度合金工作面，得所述的复合材料冷轧辊。
以上对本发明的较佳实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种复合材料冷轧辊加工工艺，其特征在于：包括如下步骤：
(1)采用超音速喷涂设备对轧辊进行喷涂碳化钨合金层，喷涂时控制轧辊自转速度为40-60rad/min，X轴向水平运动速度为200-300mm/min；
所述超音速喷涂设备的参数控制如下：
氧气参数：1800-2100schf   供给参数：180-220psi；
燃油参数：4.5-5.3gph      供给参数：150-220psi；
送粉参数：20-25scfh       供给参数：30-60psi；
燃烧室压力：110psi；
氧气压力：150psi；
燃油压力：130psi；
冷却进水华氏温度：90      出水华氏温度：150；
(2)喷涂后的轧辊自然冷却到常温后，放入感应重熔设备上，调整轧辊自转速度为150-200rad/min，X轴向水平运动速度为60-80mm/min，感应重熔设备电流为600-800A，感应重熔加热一次，使得涂层完全熔化，表面出现金属光泽；
(3)轧辊在感应重熔设备上转动冷却到700度后，再自然冷却到常温；
(4)把轧辊放入热处理炉，热处理炉温度控制在800至900度，保温3至4小时，拿出淬火；
(5)对淬火后的轧辊进行精加工，得所述的复合材料冷轧辊。
2.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于：在步骤(1)之前还包括如下步骤：
将棒材机加工成需要喷涂尺寸的轧辊，进行打砂表面粗化处理，完毕后用洁净高压空气去除表面残留颗粒或粉尘，然后将轧辊进行遮挡处理，把工作面以外的基材全部遮挡起来。
3.根据权利要求2所述的加工工艺，其特征在于：打砂表面粗化处理是用20目棕刚玉在0.6-0.8MPA的压力下进行。
4.根据权利要求1-3任一项所述的加工工艺，其特征在于：所述碳化钨合金层，以质量百分比计，含有：碳化钨：75-85％；钴：8-15％，镍：3-7％，硅：1-3％，铁：1-2％；硼：0.5-1.5％，碳：0.2-0.8％。
5.根据权利要求4所述的加工工艺，其特征在于：所述碳化钨合金层，以质量百分比计，含有：碳化钨：80％；钴：10％，镍：5％，硅：2％，铁：1.5％；硼：1％，碳：0.5％。
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