CN105081706A - 纳米竖炉齿辊制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明及一种纳米竖炉齿辊制备方法，包括如下工艺流程：原材料熔炼、辊体铸造、辊颈铸造、热处理和喷丸、机加工、辊体铣槽、辊颈组对焊接、轴头组对焊接、辊体表面堆焊、焊后回火、质量检验。本发明的辊体采用离心铸造的方式整体铸成，特别是经过特定纳米材料的表面堆焊，使齿辊工作时遇急冷急热不开裂、耐冲击、磨损小、强度高，并且解决了目前齿辊由多片齿轮组成而产生的组装误差，节约材料，减少成本，冷却水在辊体内流动无死角，达到产品表面改质、性能强化的效果，使齿辊具有更高的强度、硬度和耐磨性，同时提高了产品的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米竖炉齿辊制备方法。
背景技术
传统的竖炉中齿辊是其重要组成部件，其主要任务是将竖炉内的高温状球团破碎，传统竖炉齿辊的加工，主要是利用锻打而成，齿辊由多片齿轮组成，且表面未堆焊耐磨材料，在800—1200℃高温和2.0—4.0MPa压力下工作，由于受到外部团矿的冲刷与挤压，造成齿辊产生弯曲、磨损和断裂，常常使用不到半年就发生开裂、漏水等情况而不得不停炉进行齿辊的更换，严重影响生产。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种纳米竖炉齿辊制备方法，所述齿辊表面堆焊有纳米结构材料，制造的齿辊具有耐冲击、磨损小、寿命长的特点。
本发明的技术方案是：
一种纳米竖炉齿辊制备方法，包括如下工艺流程：
原材料熔炼，将采购的原材料放入中频感应炉内进行熔炼，得到符合铸造使用的金属溶液；
辊体铸造，将熔炼后的金属溶液倒入铸造机内进行铸造，得到齿辊辊体；
辊颈铸造，将熔炼后的金属溶液倒入铸造机内进行铸造，得到齿辊辊颈；
喷丸，对铸造后的辊体和辊颈进行喷丸处理；
热处理,对铸造后的辊体和辊颈进行表面热处理，得到适合机加工的辊体和辊颈；
辊体铣槽，对辊体铣槽，加工出齿面；
机加工，包括对辊体车坡口，得到适合焊接的辊体；
辊颈组对焊接，将辊体和辊颈组对进行焊接，得到辊体、辊颈组焊件；
轴头组对焊接，将辊体、辊颈组焊件与轴头进行组对焊接，得到齿辊；
辊体表面堆焊，对辊体表面进行堆焊处理，堆焊的药皮内包含有纳米结构材料；
焊后回火，将堆焊后的辊体在560℃下回火4小时，以提高堆焊后金属层硬度；
质量检验，检查生产的齿辊质量，将不合格的齿辊返工。
本发明的有益效果为：
本发明的齿辊采用离心铸造技术整体铸造而成，使齿辊工作时遇急冷急热不开裂、耐冲击、磨损小、强度高，并且解决了目前齿辊由多片齿轮组成而产生的组装误差，节约材料，减少成本，冷却水在辊体内流动无死角。
本发明所述药皮的配方中加入了大量的纳米结构材料，利用所述药皮堆焊后的金属层相比较与传统的方式具有更高的强度、硬度和耐磨性。齿辊的齿面和齿槽堆焊纳米结构材料后，达到产品表面改质、性能强化的效果，其表面硬度更高，同时产品的寿命更长。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种纳米竖炉齿辊制备方法，包括如下工艺流程：
原材料熔炼，将采购的原材料放入中频感应炉内进行熔炼，得到符合铸造使用的金属溶液；
辊体铸造，将熔炼后的金属溶液倒入铸造机内进行铸造，得到齿辊辊体；
辊颈铸造，将熔炼后的金属溶液倒入铸造机内进行铸造，得到齿辊辊颈；
喷丸，对铸造后的辊体和辊颈进行喷丸处理；
热处理,对铸造后的辊体和辊颈进行表面热处理，得到适合机加工的辊体和辊颈；
辊体铣槽，对辊体铣槽，加工出齿面；
机加工，包括对辊体车坡口，得到适合焊接的辊体；
辊颈组对焊接，将辊体和辊颈组对进行焊接，得到辊体、辊颈组焊件；
轴头组对焊接，将辊体、辊颈组焊件与轴头进行组对焊接，得到齿辊；
辊体表面堆焊，对辊体表面进行堆焊处理，堆焊的药皮内包含有纳米结构材料；
焊后回火，将堆焊后的辊体在560℃下回火4小时，以提高堆焊后金属层硬度；
质量检验，检查生产的齿辊质量，将不合格的齿辊返工。
优选的，所述齿辊辊体原材料主要包括45号钢，所述原材料熔炼采用的中频感应炉为IGBT中频感应熔炼炉，IGBT中频感应熔炼炉具有恒功率输出、节能、高次谐波干扰小等优点。
优选的，所述原材料熔炼过程中向金属溶液内添加Ti、Zr、Nb或其他改善合金性质的材料。
优选的，所述辊体采用离心铸造工艺在离心铸造机内直接生成，使辊体内不用型芯既获得圆柱形轴向通孔，所述辊颈铸造采用静态铸造。
优选的，所述堆焊为在齿辊的齿槽和齿面上熔敷纳米结构材料，所述纳米结构材料为纳米级碳化钨粉，所述纳米级碳化钨粉的晶粒尺寸为20纳米。当齿辊齿面磨损后可以对其进行修复，进一步延长齿辊的使用寿命。
优选的，所述纳米级碳化钨粉主要由三氧化钨粉和炭黑按一比四的比例在周期式搅拌球磨机中制成，所述周期式搅拌球磨机的转速为800r/min，制作时间为四小时。
优选的，所述堆焊的焊芯采用H08A低碳钢焊芯，焊接电流120-140A，焊接电压24-30V，堆焊层数为四层。
优选的，所述堆焊的药皮主要组成成分占所述药皮总质量的质量份配比为：纳米级碳化钨粉：20-24.5质量份，高碳铬铁粉：5-8质量份，钼铁：4-6质量份，钒铁：5-8质量份，硼铁：4-7质量份，萤石：7-9质量份，钛白粉：25-30质量份，长石：11-15质量份，石墨：7-9质量份，所述药皮的粘结剂为水玻璃。
进一步优选的，上述药皮中还添加有三氯化铑：0.5-1质量份。
下面是药皮中主要成分配比的几个实施例：
配比一：纳米级碳化钨粉：20克，高碳铬铁粉：6克，钼铁：6克，钒铁：5克，硼铁：6克，萤石：9克，钛白粉：25克，长石：13克，石墨：9克。
配比二：纳米级碳化钨粉：22克，高碳铬铁粉：8克，钼铁：4克，钒铁：6克，硼铁：7克，萤石：7克，钛白粉：28克，长石：15克，石墨：7克。
配比三：纳米级碳化钨粉：24.5克，高碳铬铁粉：5克，钼铁：5克，钒铁：8克，硼铁：4克，萤石：8克，钛白粉：30克，长石：11克，石墨：8克。
配比四：纳米级碳化钨粉：20克，高碳铬铁粉：6克，钼铁：6克，钒铁：5克，硼铁：6克，萤石：9克，钛白粉：25克，长石：13克，石墨：9克，三氯化铑：1克。
配比五：纳米级碳化钨粉：22克，高碳铬铁粉：8克，钼铁：4克，钒铁：6克，硼铁：7克，萤石：7克，钛白粉：28克，长石：15克，石墨：7克，三氯化铑：0.8克。
配比六：纳米级碳化钨粉：24.5克，高碳铬铁粉：5克，钼铁：5克，钒铁：8克，硼铁：4克，萤石：8克，钛白粉：30克，长石：11克，石墨：8克，三氯化铑：0.5克。
为检验上述配方制造出的焊条的实际效果及与传统配方的区别，进行了堆焊试验及对堆焊后金属层组织和性能的检验。
堆焊用母材为16mm厚的Q345钢板，母材尺寸为50mm×150mm，采用手工电弧焊，焊接设备为ZX5-500型弧焊电源，焊接电流120-140A，焊接电压24-30V，堆焊4层。试验设不含有纳米级碳化钨粉的焊条做对比试验。
试验表明，各组配方的焊条工艺性能基本相差不大；焊接时，引弧容易，飞溅较小，焊渣较少，焊缝成型良好。
堆焊后，在SX2-8-10型箱式电阻炉中进行了回火，回火温度为650℃，时间为4h。用HR-150A型洛氏硬度计对回火后的堆焊层进行了硬度测试，测试结果为：本发明药皮中未添加三氯化铑的焊条堆焊后金属层最大硬度为64.5HRC，硬度范围为58-64.5HRC，药皮中添加有0.5质量份的三氯化铑的焊条形成的金属层硬度比采用未添加三氯化铑的其他成分相同的焊条增加约1.5-2HRC，添加有1质量份的三氯化铑的焊条形成的金属层硬度比采用未添加三氯化铑的其他成分相同的焊条增加约2-2.5HRC；不含纳米级碳化钨粉的焊条堆焊后金属层硬度为50HRC。
用光镜和扫描电镜进行了微观组织观察，并进行了EDAX能谱分析，用XDR-6000型X射线衍射仪对堆焊层进行了物相分析。在进行观察时，使用了两种腐蚀液，一种是3%的硝酸酒精溶液，一种是村上试剂（专门用于腐蚀含钨的碳化物，试剂主要成分配比为10gKOH+10gK3[Fe(CN)6]+80mlH2O）。结果表明：本发明焊条堆焊后的金属层含钨、含碳量均高于不含纳米级碳化钨粉的焊条堆焊后的金属层；本发明焊条堆焊后的金属层比不含纳米级碳化钨粉的焊条堆焊后的金属层组织更细小，硬度更高；本发明焊条堆焊后的金属层主要包括含钨碳化物Fe6W6C、奥氏体加少量马氏体，回火后，金属层组织为针状马氏体、少量残余奥氏体和含钨碳化物Fe6W6C。所述堆焊后生成的纳米结构合金的晶粒尺寸范围为10-50纳米，晶粒内具有长程有序的晶质结构，晶粒间的界面原子为长程无序的非晶质结构。
本发明的齿辊采用离心铸造技术整体铸造而成，使齿辊工作时遇急冷急热不开裂、耐冲击、磨损小、强度高，并且解决了目前齿辊由多片齿轮组成而产生的组装误差，节约材料，减少成本，冷却水在辊体内流动无死角。
本发明所述药皮的配方中加入了大量的纳米结构材料，利用所述药皮堆焊后的金属层相比较与传统的方式具有更高的强度、硬度和耐磨性。齿辊的齿面和齿槽堆焊纳米结构材料后，达到产品表面改质、性能强化的效果，其表面硬度更高，同时产品的寿命更长。
Claims (10)
1.一种纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于包括如下工艺流程：
原材料熔炼，将采购的原材料放入中频感应炉内进行熔炼，得到符合铸造使用的金属溶液；
辊体铸造，将熔炼后的金属溶液倒入铸造机内进行铸造，得到齿辊辊体；
辊颈铸造，将熔炼后的金属溶液倒入铸造机内进行铸造，得到齿辊辊颈；
喷丸，对铸造后的辊体和辊颈进行喷丸处理；
热处理,对铸造后的辊体和辊颈进行表面热处理，得到适合机加工的辊体和辊颈；
辊体铣槽，对辊体铣槽，加工出齿面；
机加工，包括对辊体车坡口，得到适合焊接的辊体；
辊颈组对焊接，将辊体和辊颈组对进行焊接，得到辊体、辊颈组焊件；
轴头组对焊接，将辊体、辊颈组焊件与轴头进行组对焊接，得到齿辊；
辊体表面堆焊，对辊体表面进行堆焊处理，堆焊的药皮内包含有纳米结构材料；
焊后回火，将堆焊后的辊体在560℃下回火4小时，以提高堆焊后金属层硬度；
质量检验，检查生产的齿辊质量，将不合格的齿辊返工。
2.如权利要求1所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述齿辊辊体的原材料主要包括45号钢，所述原材料熔炼采用的中频感应炉为IGBT中频感应熔炼炉。
3.如权利要求2所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述辊体的铸造方式为离心铸造，所述辊颈的铸造方式为静态铸造。
4.如权利要求1、2或3所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述堆焊为在齿辊的齿槽和齿面上熔敷纳米结构材料，所述纳米结构材料为纳米级碳化钨粉，所述纳米级碳化钨粉的晶粒尺寸为20纳米。
5.如权利要求4所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述纳米级碳化钨粉主要由三氧化钨粉和炭黑按一比四的比例在周期式搅拌球磨机中制成。
6.如权利要求5所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述周期式搅拌球磨机的转速为800r/min，制作时间为四小时。
7.如权利要求6所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述堆焊的焊芯采用H08A低碳钢焊芯，焊接电流120-140A，焊接电压24-30V，堆焊层数为四层。
8.如权利要求7所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述堆焊的药皮主要组成成分在所述药皮原料中的质量配比为：纳米级碳化钨粉：20-24.5质量份，高碳铬铁粉：5-8质量份，钼铁：4-6质量份，钒铁：5-8质量份，硼铁：4-7质量份，萤石：7-9质量份，钛白粉：25-30质量份，长石：11-15质量份，石墨：7-9质量份，所述药皮的粘结剂为水玻璃。
9.如权利要求8所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述堆焊形成的纳米结构合金的晶粒尺寸范围为10-50纳米，晶粒内具有长程有序的晶质结构，晶粒间的界面原子为长程无序的非晶质结构。
10.如权利要求9所述的纳米竖炉齿辊制备方法，其特征在于所述堆焊后齿槽和齿面的表面硬度为58-64.5HRC。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Citations (3)
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| CN103480453A (zh) * | 2013-08-30 | 2014-01-01 | 绵阳金鼎机电技术有限公司 | 一种高精度、易整体拆装耐磨齿辊及其制造方法 |
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-
2015
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110014207A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-07-16 | 江苏盛日机械设备制造有限公司 | 一种纳米级稀土掺杂提高竖炉齿辊耐高温性能工艺及其堆焊焊丝 |
| CN110014207B (zh) * | 2019-04-01 | 2021-08-24 | 江苏盛日机械设备制造有限公司 | 一种纳米级稀土掺杂提高竖炉齿辊耐高温性能工艺 |
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| Publication number | Publication date |
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Denomination of invention: Preparation method of nano vertical furnace toothed rollers Effective date of registration: 20231221 Granted publication date: 20170922 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Taixing Sub branch Pledgor: JIANGSU SHENGRI MACHINERY EQUIPMENT MANUFACTURING Co.,Ltd. Registration number: Y2023980073560 |