CN102974828B - 一种硬质合金辊环的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种硬质合金辊环的生产工艺，其步骤如下：a.配料、b.制粉、c.压制、d.脱脂、e.烧结、f.机械加工、g.检验、h.包装。本发明用水代替酒精、己烷、丙酮、汽油作研磨介质生产硬质合金辊环，用开式喷雾干燥塔制粉，降低建设投入，解决了传统工艺生产过程存在易燃、易爆安全隐患及能耗高等问题，同时改善现场作业环境。为解决用水作为研磨介质时喷雾制粉后的物料易氧化问题，采用复合醇类新型抗氧化剂，优化了水喷雾制粉操作工艺，提高混合料的产出率。为了解决了水研磨喷雾新工艺产生的成型困难、夹杂气泡等技术难题，本发明采用油压机分三段加压，每段间隔一分钟，使模腔内充分排气。采用高度限位，压到位后，保压10分钟，做排气、均压、双向调整。
Description
技术领域
本发明涉及硬质合金大制品技术领域，具体是一种硬质合金辊环的生产工艺。
背景技术
硬质合金辊环是在硬质合金刀具材料基础上发展起来的，他是一种以难熔金属化合物（WC、TaC、TiC、NbC等）为基体，以过渡族金属（Co、Fe、Ni）为粘结相，通过粉末冶金方法制备的超硬金属材料。
目前，国内硬质合金辊环生产厂家主要采用的两种传统工艺（如图1和图2）：其一，是以石蜡或PEG为成型剂，常用己烷或丙酮作球磨介质，在有氮气保护下的密闭循环式喷雾干燥系统制备混合料，同时回收己烷或丙酮，然后将混合料压制成型，经烧结后的毛坯再通过粗车、磨削加工成产品；其二，是以橡胶为成型剂，用酒精作球磨介质，在真空双锥干燥器内干燥混合料，同时回收酒精，用汽油做溶胶剂将橡胶掺入混合料，干燥过筛后将掺胶混合料压制成型，经烧结后的毛坯再通过粗车、磨削加工成产品。其生产过程均存在易燃、易爆安全隐患，以及设备投入大、工序复杂、成本高等问题，此外，橡胶工艺的生产过程，因汽油、橡胶的挥发而存在作业现场环境差问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中生产过程存在易燃、易爆安全隐患以及设备投入大、工序复杂、成本高的问题而提供一种安全、生产的产品耐热疲劳、耐冲击性能的硬质合金辊环的生产工艺。
一种硬质合金辊环的生产工艺，其步骤如下：
a.配料：采用粗晶粒5—8μm的碳化钨粉末、-200目的电解镍粉和钴粉为原料，加入成型剂PEG和复合醇类抗氧化剂后混合，将上述混合料放置在可倾式湿磨机中，用混合料质量分数15-20%的蒸馏水为研磨介质进行球磨，球磨30-32小时后从球磨机卸出料浆；
b.制粉：将上述制得的料浆加入开式喷雾干燥塔制粉，制粉后混合料平均粒度为60-65目；
c.压制：将上述制得的粉料加入钢制型模模腔中，用等高定心刮板将腔内物料刮平，采用四柱液压机分三段加压，每段采用高度限位，压到位后，保压10分钟，每段间隔一分钟，制得的辊环压坯；
d.脱脂:将上述制得的辊环压坯装入脱脂炉，以氢气为脱脂载体脱除PEG，按照规定的脱脂曲线进行升温，在最高温度850℃条件下保温2小时后开始鼓风空冷，制得脱脂的辊环压坯；
e.烧结：将上述制得的脱脂的辊环压坯装入压力烧结炉，按照规定的烧结曲线进行升温，烧结完毕后在炉壁冷却水作用下随炉冷却，得到烧结辊环毛坯；
f.机械加工:将上述制得的烧结辊环毛坯分别在金刚石平面磨床、内孔磨床、外圆磨床及辊环专用磨床上磨削成最终产品。
g.检验： 按照国标技术要求和客户图纸进行检验；
h.包装：检验合格后，按包装要求进行打包入库。
所述成型剂PEG的质量分数为碳化钨粉末的3.5%，复合醇类抗氧化剂的质量分数为碳化钨粉末的4%。
所述步骤a中的复合醇类抗氧化剂其成分质量分数配比为乙醇87%、聚山梨酯 10%、正丁醇3%。
所述步骤b中采用的开式喷雾干燥塔的喷雾雾化压力控制在1.0~1.2MPa，喷雾干燥塔进口温度控制在200~220℃，出口温度控制在110~130℃，喷片材质为硬质合金YG8/YG6X，喷片孔型设计成漏斗形。
所述步骤d中的辊环压坯用石墨材质的热平衡箱将每件压坯单独罩起来放置在石墨舟皿上装入脱脂炉。
所述步骤e中的脱脂的辊环压坯放置在石墨舟皿中装入压力烧结炉。
所述的步骤d中脱脂曲线为：
| 阶段 | 温度范围(℃) | 持续时间(h) |
| 1 | 0~100 | 4 |
| 2 | 100~300 | 10 |
| 3 | 300~400 | 10 |
| 4 | 400~600 | 8 |
| 5 | 600~850 | 6 |
| 6 | 850 | 2 |
| 7 | 850~100 | 8 |
所述的步骤e中脱脂辊环压坯装入压力烧结炉，在1000℃、1330℃、1490℃分别保温50min、50min、40min，在最高温度1490℃时加压5Mpa进行压力烧结，烧结曲线为：
| 阶段 | 温度范围(℃) | 持续时间(min) |
| 1 | 0~400 | 60 |
| 2 | 400~800 | 90 |
| 3 | 800~1000 | 50 |
| 4 | 1000 | 50 |
| 5 | 1000~1330 | 70 |
| 6 | 1330 | 50 |
| 7 | 1330~1490 | 70 |
| 8 | 1490 | 40 |
| 9 | 1490~0 | 100 |
本发明用水代替酒精、己烷、丙酮、汽油作研磨介质生产硬质合金辊环，用开式喷雾干燥塔制粉，减少工艺环节，降低建设投入，解决了传统工艺生产过程存在易燃、易爆安全隐患及能耗高等问题，同时改善现场作业环境。为解决用水作为研磨介质时喷雾制粉后的物料易氧化问题，采用复合醇类新型抗氧化剂，优化了水喷雾制粉操作工艺，提高混合料的产出率。为了解决了水研磨喷雾新工艺产生的成型困难、夹杂气泡等技术难题，本发明采用油压机分三段加压，每段间隔一分钟，使模腔内充分排气。采用高度限位，压到位后，保压10分钟，做排气、均压、双向调整。使用了合理的脱脂、烧结工艺及曲线，减少了因温差大而引起的裂纹，将毛坯加工量控制到最小，在行业水平上降低成本3%，提高脱脂工序成品率。同时，在同样硬度和强度下，含铬合金有明显高的耐腐蚀性和高温抗氧化性，使用这种材质的硬质合金辊环不仅可以改善轧材表面质量，而且提高辊环的高温稳定性和耐腐蚀性，其适用的工况、环境更广。用本发明制得的Φ228-φ130-72规格的辊环内部线切割试样与鉴定长条性能对比见表1。
表1 Φ228-φ130-72规格的辊环内部线切割试样与鉴定长条性能对比表
附图说明
图1为本发明现有技术一种硬质合金辊环生产流程图；
图2为本发明现有技术另一种硬质合金辊环生产流程图；
图3为本发明生产流程图；
图4为本发明脱脂曲线；
图5为本发明烧结曲线。
具体实施方式
实施例1
a.配料：采用粗晶粒8μm的碳化钨粉末256Kg、-200目的电解镍粉32Kg和超细钴粉32Kg为原料，加入成型剂PEG 8.96Kg和复合醇类抗氧化剂10.24Kg，复合醇类抗氧化剂是由乙醇8.9Kg、聚山梨酯1.02Kg、正丁醇0.32Kg组成。将上述混合料放置在可倾式湿磨机中，用50.88Kg蒸馏水为研磨介质进行球磨，球磨30小时后从球磨机卸出料浆。
b.制粉：将390.1Kg上述配料加入不锈钢容器中，用料浆泵打入开式喷雾干燥塔制粉，喷雾雾化压力控制在1.0MPa，喷雾干燥塔进口温度控制在200℃，出口温度控制在130℃，喷片材质为硬质合金YG8，喷片孔型设计成漏斗形，制粉后混合料平均粒度为60目；
c.压制：将上述制得的粉料加入钢制型模模腔中，用等高定心刮板将腔内物料刮平，采用1000吨四柱液压机分三段加压，每段采用高度限位，压到位后，保压10分钟，每段间隔一分钟；
d.脱脂:将上述制得的辊环压坯放置在石墨舟皿上装入脱脂炉，用石墨材质的热平衡箱将每件压坯单独罩起来，以氢气为脱脂载体脱除PEG，按照规定的脱脂曲线进行升温，在最高温度850℃条件下保温2小时后开始鼓风空冷；
e.烧结：将上述制得的辊环脱脂压坯放置在石墨舟皿上装入压力烧结炉，辊环内孔下入石墨芯以限制内孔过分收缩，按照规定的烧结曲线进行升温，在1000℃、1330℃、1490℃分别保温50min、50min、40min，在1490℃时加压5Mpa进行压力烧结，烧结完毕后在炉壁冷却水作用下随炉冷却，得到烧结辊环毛坯；
f.机械加工:将上述制得的辊环毛坯分别在金刚石平面磨床、内孔磨床、外圆磨床及辊环专用磨床上磨削成最终产品。
g.检验： 按照国标技术要求和客户图纸进行检验；
h.包装：检验合格后，按包装要求进行打包入库。
实施例2
a.配料：采用粗晶粒5μm的碳化钨粉末142Kg、-200目的电解镍粉20Kg和超细钴粉20Kg为原料，加入成型剂PEG 4.97Kg和复合醇类抗氧化剂5.68Kg，复合醇类抗氧化剂是由乙醇4.94Kg、聚山梨酯0.57Kg、正丁醇0.17Kg。将上述混合料放置在可倾式湿磨机中，用38.53Kg蒸馏水为研磨介质进行球磨，球磨32小时后从球磨机卸出料浆。
b.制粉：将231.2Kg上述配料加入不锈钢容器中，用料浆泵打入开式喷雾干燥塔制粉，喷雾雾化压力控制在1.2MPa，喷雾干燥塔进口温度控制在220℃，出口温度控制在110℃，喷片材质为硬质合金YG6X，喷片孔型设计成漏斗形，制粉后混合料平均粒度为65目；
c.压制：将上述制得的粉料加入钢制型模模腔中，用等高定心刮板将腔内物料刮平，采用1000吨四柱液压机分三段加压，每段采用高度限位，压到位后，保压10分钟，每段间隔一分钟；
d.脱脂:将上述制得的辊环压坯放置在石墨舟皿上装入脱脂炉，用石墨材质的热平衡箱将每件压坯单独罩起来，以氢气为脱脂载体脱除PEG，按照规定的脱脂曲线进行升温，在最高温度850℃条件下保温2小时后开始鼓风空冷；
e.烧结：将上述制得的辊环脱脂压坯放置在石墨舟皿上装入压力烧结炉，辊环内孔下入石墨芯以限制内孔过分收缩，按照规定的烧结曲线进行升温，在900℃、1200℃、1400℃分别保温50min、50min、40min，在1400℃时加压5Mpa进行压力烧结，烧结完毕后在炉壁冷却水作用下随炉冷却，得到烧结辊环毛坯；
f.机械加工:将上述制得的辊环毛坯分别在金刚石平面磨床、内孔磨床、外圆磨床及辊环专用磨床上磨削成最终产品。
g.检验： 按照国标技术要求和客户图纸进行检验；
h.包装：检验合格后，按包装要求进行打包入库。
Claims (7)
1.一种硬质合金辊环的生产工艺，其步骤如下：
a.配料：采用粗晶粒、5—8μm的碳化钨粉末、-200目的电解镍粉和-200目的钴粉为原料，加入成型剂PEG和复合醇类抗氧化剂后混合，所述复合醇类抗氧化剂其成分质量分数配比为乙醇87%、聚山梨酯 10%、正丁醇3%，将上述混合料放置在可倾式湿磨机中，用混合料质量分数15-20%的蒸馏水为研磨介质进行球磨，球磨30-32小时后从球磨机卸出料浆；
b.制粉：将上述制得的料浆加入开式喷雾干燥塔制粉，制粉后混合料平均粒度为60-65目；
c.压制：将上述制得的粉料加入钢制型模模腔中，用等高定心刮板将腔内物料刮平，采用四柱液压机分三段加压，每段采用高度限位，压到位后，保压10分钟，每段间隔一分钟，制得辊环压坯；
d.脱脂:将上述制得的辊环压坯装入脱脂炉，以氢气为脱脂载体脱除PEG，按照规定的脱脂曲线进行升温，在850℃条件下保温2小时后开始鼓风空冷，制得脱脂的辊环压坯；
e.烧结：将上述制得的脱脂的辊环压坯装入压力烧结炉，按照规定的烧结曲线进行升温，烧结完毕后在炉壁冷却水作用下随炉冷却，得到烧结辊环毛坯；
f.机械加工:将上述制得的烧结辊环毛坯分别在金刚石平面磨床、内孔磨床、外圆磨床及辊环专用磨床上磨削成最终产品；
g.检验： 按照国标技术要求和客户图纸进行检验；
h.包装：检验合格后，按包装要求进行打包入库。
2.根据权利要求1所述的一种硬质合金辊环的生产工艺，其特征在于：所述成型剂PEG的质量分数为碳化钨粉末的3.5%，复合醇类抗氧化剂的质量分数为碳化钨粉末的4%。
3.根据权利要求1所述的一种硬质合金辊环的生产工艺，其特征在于：所述步骤b中采用的开式喷雾干燥塔的喷雾雾化压力控制在1.0~1.2MPa，喷雾干燥塔进口温度控制在200~220℃，出口温度控制在110~130℃，喷片材质为硬质合金YG8/YG6X，喷片孔型设计成漏斗形。
4.根据权利要求1或3所述的一种硬质合金辊环的生产工艺，其特征在于：所述步骤d中的辊环压坯用石墨材质的热平衡箱将每件压坯单独罩起来放置在石墨舟皿上装入脱脂炉。
5.根据权利要求4所述的一种硬质合金辊环的生产工艺，其特征在于：所述步骤e中的脱脂的辊环压坯放置在石墨舟皿中装入压力烧结炉。
6.根据权利要求1或5所述的一种硬质合金辊环的生产工艺，其特征在于：所述的步骤d中脱脂曲线为：
。
7.根据权利要求1或5所述的一种硬质合金辊环的生产工艺，其特征在于：所述的步骤e中脱脂辊环压坯装入压力烧结炉，在1000℃、1330℃、1490℃分别保温50min、50min、40min，在最高温度1490℃时加压5MPa进行压力烧结，烧结曲线为：。
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