CN104889367B - 复合铸造陶瓷水泥立磨辊套及制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合铸造陶瓷水泥立磨辊套及其制作方法，采用“铸造+自蔓延高温合成”，形成高耐磨外层和高韧性内层，外层的基体与内层为同一材质，高耐磨层厚度为40mm，其显微结构为由SHS生成的粒度为20～80μm的TiC颗粒，均匀弥散在中碳钢的基体，TiC硬质颗粒总体积占外层的体积的50％以上；高韧性层的材料为中碳低合金钢。本发明利用在静压力的作用下，将钢水将聚苯乙烯泡沫燃烧并产生SHS效应，生成粒度为20～80μm左右TiC等硬质颗粒并弥散分布在钢水中。本发明采用静态复合铸造，消除了由于焊接微裂纹带来的掉块、剥落等失效形式，终身免维护，且生产周期短，可规模化生产。
Description
技术领域
本发明属于铸造领域，具体涉及一种复合铸造陶瓷水泥立磨辊套及其制作方法。
背景技术
现有立磨辊套多为“铸造中碳钢+外堆焊耐磨层”的结构。其制作方法包括以下步骤：
1、首先采用中碳钢制作立磨辊套体；
2、然后进行辊套体正火热处理；
3、再粗加工辊套体；
4、在辊套体的外表面上堆焊厚度为15～50mm左右的耐磨层。
现有立磨辊套的结构和制作方法存在问题：
1、堆焊层厚度薄耐磨性较差，辊套一次使用寿命短。一次使用一般在2000小时左右；
2、有剥落掉块现象。由于焊接过程产生应力和渣点，使焊层出现微裂纹和孔洞。立磨辊套在使用过程中裂纹扩展，当达到一定程度后出现掉块、剥落。
3、维护费用高。当堆焊耐磨层磨损至15mm左右或出现掉块、剥落现象，需停产进行堆焊修复。
因此，如何克服现有技术中立磨辊套存在的各种缺陷，成为亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种超高耐磨的复合铸造陶瓷水泥立磨辊套。本发明的另一目的在于提供一种超高耐磨的复合铸造陶瓷水泥立磨辊套的制作方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种超级耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套，采用“铸造+自蔓延高温合成(SHS)”的方法制成，由外到内包括高耐磨层和高韧性层，所述高耐磨层的基体与高韧性层为同一材质，所述高韧性层为高韧性中碳合金钢，所述高耐磨层由自蔓延高温合成合成，该过程与铸造结合，使得所述中碳合金钢的基体上弥散分布TiC的硬质颗粒，形成高耐磨层。
优选地，所述高耐磨层厚度为40mm，显微结构为中碳钢的基体上弥散分布着粒度为20～80μm的TiC硬质颗粒，所述TiC的体积含量大于50％。
优选地，所述SHS生成TiC硬质颗粒为将Ti粉、碳黑的粉末原料混合在一起，通过燃烧实现粉末原料之间产生反应而形成TiC。
优选地，所述SHS原料的主要组成为：Ti粉和碳黑，重量比为2:1.5，燃烧后形成粒度为20～80μm的TiC硬质颗粒；所述高韧性中碳合金钢的主要合金元素成分为：C为0.4％～0.5％、Si为0.5％～1.2％和Mn为0.6％～1.2％。
优选地，在所述高耐磨层1和所述高韧性层2之间自然形成过渡层。
本发明还公开了一种超级耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套的制作方法，包括如下步骤：
步骤1.SHS原料的糊状制作：将SHS原料加入适量的聚乙烯醇(PVA)水溶液并搅拌均匀，制作成糊状；
步骤2.制作燃烧骨架：按产品几何形状，采用聚苯乙烯泡沫制作燃烧骨架；
步骤3.SHS原料的成型：将糊状SHS原料按产品耐磨层的厚度要求涂覆在燃烧骨架上，干燥后表面再均匀涂覆一层防粘砂涂料并高温烘干；
步骤4.合箱浇注：将燃烧骨架置于铸造箱中并按技术做成铸造砂型，将熔炼好的钢水浇入砂型中，在钢水的冲刷下，聚苯乙烯泡沫开始燃烧，产生的热量使包含SHS原料的涂覆层发生反应；
步骤5.开箱：浇注完的辊套温度降低至500℃～550℃后，开箱取出并空冷至200℃～250℃；
步骤6.退火：将取出的辊套进行去应力退火，退火温度控制在500℃～520℃，并保温16～30小时，然后冷却至温度不超过100℃；
步骤7.检验及精加工：将退火后的辊套进行探伤、硬度检测，合格后按要求加工，即可得到合格的复合陶瓷辊套。
优选地，在步骤1中的所述SHS原料包括Ti粉和碳黑。
优选地，所述SHS原料经过燃烧形成粒度为20～80μm的TiC硬质颗粒。
优选地，所述SHS原料的主要组成为：Ti粉和碳黑，重量比为2:1.5，燃烧后形成粒度为20～80μm的TiC硬质颗粒，在高耐磨层1具有含量大于50％的TiC硬质颗粒弥散在基体上，Tic的硬度≥HV2700；所述高韧性中碳合金钢的主要合金元素成分为：C为0.4％～0.5％、Si为0.5％～1.2％和Mn为0.6％～1.2％。
本发明的辊套及其制造方法具有如下特点：：
(1)在静压力的作用下，将钢水将聚苯乙烯泡沫燃烧并产生SHS效应，生成粒度为20～80μm左右TiC等硬质颗粒并弥散分布在钢水中。随着分子扩散效应减慢和钢水的凝固，逐渐形成了耐磨层、过渡层和内层；
(2)外层具有含量大于50％的TiC硬质颗粒(硬度≥HV2700)弥散在基体上，使其具有超高的耐磨性；
(3)采用静态复合铸造，彻底消除了由于焊接微裂纹带来的掉块、剥落等失效形式，可以做到终身免维护；
(4)生产周期短，可规模化生产。
附图说明
图1为根据本发明具体实施例的超级耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套的截面图；
图2为根据本发明具体实施例的超级耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套的俯视图；
图3为根据本发明另一个具体实施例的超级耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套的制作方法的流程图；
图中的附图标记所分别指代的技术特征为：
1、耐磨层；2、韧性层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例1：
如图1、2所示，示出了根据本发明具体实施例的超级耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套的截面图和俯视图，一种超级耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套，采用“铸造+自蔓延高温合成”的方法合成，由外到内包括高耐磨层1和高韧性层2，高耐磨层1的基体与高韧性层为同一材质，所述高韧性层2为高韧性中碳合金钢，所述高耐磨层1由自蔓延高温合成合成，该过程与铸造结合，使得所述中碳合金钢的基体上弥散分布TiC等硬质颗粒，形成高耐磨层。
其中，自蔓延高温合成(self–propagation high–temperature synthesis，简称SHS)，又称为燃烧合成(combustion synthesis)技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种方法。
其中，所述高耐磨层厚度为40mm，显微结构为中碳钢的基体上弥散分布着粒度为20～80μm的TiC硬质颗粒，所述TiC的体积含量大于50％。
所述SHS生成TiC硬质颗粒为将Ti粉、碳黑的粉末原料混合在一起，通过燃烧实现粉末原料之间产生反应而形成TiC。
所述SHS原料的主要组成为：Ti粉和碳黑，重量比为2:1.5，燃烧后形成粒度为20～80μm的TiC硬质颗粒；所述高韧性中碳合金钢的主要合金元素成分为：C为0.4％～0.5％、Si为0.5％～1.2％和Mn为0.6％～1.2％。
在所述高耐磨层1和所述高韧性层2之间自然形成过渡层。
实施例2：
在本实施例中，本发明还公开了可以用于制造实施例1中所述的超级铸造陶瓷立磨辊套的制作方法。参见图2，示出了超级耐磨复合立磨辊套的制作方法的流程图。
所述制备方法包括如下步骤：
步骤1.SHS原料的糊状制作：将SHS原料加入适量的聚乙烯醇(PVA)水溶液并搅拌均匀，制作成糊状；
步骤2.制作燃烧骨架：按产品几何形状，采用聚苯乙烯泡沫制作燃烧骨架；
步骤3.SHS原料的成型：将糊状SHS原料按产品耐磨层的厚度要求涂覆在燃烧骨架上，干燥后表面再均匀涂覆一层防粘砂涂料并高温烘干；
步骤4.合箱浇注：将燃烧骨架置于铸造箱中并按技术做成铸造砂型，将熔炼好的钢水浇入砂型中，在钢水的冲刷下，聚苯乙烯泡沫开始燃烧，产生的热量使包含SHS原料的涂覆层发生反应；
步骤5.开箱：浇注完的辊套温度降低至500℃～550℃后，开箱取出并空冷至200℃～250℃；
步骤6.退火：将取出的辊套进行去应力退火，退火温度控制在500℃～520℃，并保温16～30小时，然后冷却至温度不超过100℃；
步骤7.检验及精加工：将退火后的辊套进行探伤、硬度检测，合格后按要求加工，即可得到合格的复合陶瓷辊套。
优选的，在步骤1中的所述SHS原料包括Ti粉、碳黑。
进一步优选的，所述SHS原料经过燃烧形成粒度为20～80μm左右TiC等硬质颗粒。
进一步优选的，所述SHS原料的主要组成为：Ti粉和碳黑，重量比为2:1.5，燃烧后形成粒度为20～80μm的TiC硬质颗粒，在高耐磨层1具有含量大于50％的TiC硬质颗粒弥散在基体上，Tic的硬度≥HV2700；所述高韧性中碳合金钢的主要合金元素成分为：C为0.4％～0.5％、Si为0.5％～1.2％和Mn为0.6％～1.2％。
本发明的辊套及其制造方法具有如下特点：：
(1)在静压力的作用下，将钢水将聚苯乙烯泡沫燃烧并产生SHS效应，生成粒度为20～80μm左右TiC等硬质颗粒并弥散分布在钢水中。随着分子扩散效应减慢和钢水的凝固，逐渐形成了耐磨外层、高韧性内层，以及位于两者之间的过渡层；
(2)外层具有含量大于50％的TiC硬质颗粒(硬度≥HV2700)弥散在基体上，使其具有超高的耐磨性；
(3)采用静态复合铸造，彻底消除了由于焊接微裂纹带来的掉块、剥落等失效形式，可以做到终身免维护；
(4)生产周期短，可规模化生产。
本发明公开的复合铸造陶瓷水泥立磨辊套，在矿山、水泥、冶金、煤化工、玻璃等行业应用使用寿命比堆焊辊套寿命提高5倍以上。该立磨辊套的最新制作方法采用静态复合“陶瓷+金属”铸造技术，使立磨辊套具备外层超高耐磨、内层高韧性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
Claims (1)
1.一种耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套的制作方法，包括如下步骤：
步骤1.SHS原料的糊状制作：将SHS原料加入适量的聚乙烯醇(PVA)水溶液并搅拌均匀，制作成糊状；
步骤2.制作燃烧骨架：按产品几何形状，采用聚苯乙烯泡沫制作燃烧骨架；
步骤3.SHS原料的成型：将糊状SHS原料按产品耐磨层的厚度要求涂覆在燃烧骨架上，干燥后表面再均匀涂覆一层防粘砂涂料并高温烘干；
步骤4.合箱浇注：将燃烧骨架置于铸造箱中并按技术要求做成铸造砂型，将熔炼好的钢水浇入砂型中，在钢水的冲刷下，聚苯乙烯泡沫开始燃烧，产生的热量使包含SHS原料的涂覆层发生反应；
步骤5.开箱：浇注完的辊套温度降低至500℃～550℃后，开箱取出并空冷至200℃～250℃；
步骤6.退火：将取出的辊套进行去应力退火，退火温度控制在500℃～520℃，并保温16～30小时，然后冷却至温度不超过100℃；
步骤7.检验及精加工：将退火后的辊套进行探伤、硬度检测，合格后按要求加工，即可得到合格的复合陶瓷辊套；
所述耐磨复合铸造陶瓷水泥立磨辊套，由外到内包括高耐磨层和高韧性层，所述高耐磨层的基体与高韧性层为同一材质，所述高韧性层为高韧性中碳合金钢，所述高耐磨层由自蔓延高温合成，该过程与铸造结合，使得所述高韧性中碳合金钢的基体上弥散分布TiC的硬质颗粒，形成高耐磨层；所述高耐磨层厚度为40mm，在所述高耐磨层和所述高韧性层之间自然形成过渡层；
所述SHS原料的主要组成为：Ti粉和碳黑，重量比为2:1.5，燃烧后形成粒度为20～80μm的TiC硬质颗粒，在高耐磨层具有含量大于50％的TiC硬质颗粒弥散在基体上，TiC的硬度≥HV2700；所述高韧性中碳合金钢的主要合金元素成分为：C为0.4％～0.5％、Si为0.5％～1.2％和Mn为0.6％～1.2％。
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