CN106623435A - 一种硬质合金复合轧辊及其制造方法 - Google Patents

一种硬质合金复合轧辊及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及金属压力加工技术领域，具体涉及一种硬质合金复合轧辊及其制造方法。因为不同材料的热膨胀系数不相同，在进行加热等工艺进行结合时，降低了结合界面处的粘结强度，在结合界面处出现被剥离的现象。本申请提供一种硬质合金复合轧辊，包括硬质合金外套、中间层和硬质合金内套；硬质合金内套外部设置有与其电镀结合的中间层，硬质合金外套设置于中间层外部，硬质合金外套通过中间层与硬质合金内套冶金结合；硬质合金内套成份与硬质合金外套相近或者相同。本申请中的内套和外套采用成份相同或相近的硬质合金材料，具有相同或相近的热膨胀系数，可极大地改善或消除异种材料引起结合界面的缺陷。本申请还涉及一种硬质合金复合轧辊制造方法。

Description

一种硬质合金复合轧辊及其制造方法
技术领域
本申请涉及金属压力加工技术领域，具体涉及一种硬质合金复合轧辊及其制造方法。
背景技术
轧辊作为轧机主要工作消耗件，对产品质量、生产效率等都具有直接的影响。硬质合金轧辊相较于其他材质的轧辊，具有硬度高、抗压强度大、耐磨性好、耐腐蚀性好、摩擦系数小、热传导率低、使用寿命长、轧制的产品精度高、质量好等优点，已成为线材轧面，尤其是高速线材轧机精轧、预精轧、中轧的主要轧辊材料。硬质合金轧辊每修磨一次，单槽过钢量达到800～1200吨以上，是球磨铸铁辊的10倍。并且硬质合金轧辊可增加修磨次数，且轧出的钢表面光洁度好。但同时硬质合金辊环重量大、加工难度大、废品率高、合金资源浪费大、价格高、抗冲击和抗震性能差，在受到高速的轧制速度、轧制压力及热冲击负荷的影响，易产生裂纹并迅速扩展，造成表面剥落和碎辊发生。
怎样降低硬质合金辊环的价格、减少合金消耗已引起行业的重视，针对这一弊病，目前使用较普遍的硬质合金复合轧辊，外层采用硬质合金，内层采用韧性较好的高强度钢，内外层之间采用粘结剂粘合而成，这样的生产工艺减少硬质合金的使用量，从而降低生产成本。但因为不同材料的热膨胀系数不相同，尤其是硬质合金的热膨胀系数相对较小，在进行加热等工艺进行结合时，结合界面处有的会被拉开有的变得疏松，在结合界面处形成很大的残留应力，降低了结合界面处的粘结强度，在结合界面处出现被剥离的现象。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述硬质合金复合轧辊由于不同材料的热膨胀系数不同而使得在加工过程中结合界面处有的被拉开有的变得疏松，降低了结合界面处的粘结强度，容易出现在结合界面处被剥离的问题。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：一种硬质合金复合轧辊，包括硬质合金外套、中间层和硬质合金内套；所述硬质合金内套外部设置有与其电镀结合的中间层，所述硬质合金外套设置于所述中间层外部，所述硬质合金外套通过所述中间层与所述硬质合金内套冶金结合；
所述硬质合金内套成份与所述硬质合金外套相近或者相同。
可选地，所述硬质合金外套与所述电镀好的硬质合金内套过盈配合；所述硬质合金内套可重复使用。
可选地，所述过盈配合的过盈量为0～0.05mm。
可选地，所述硬质合金外套的壁厚10～30mm，且不少于轧辊磨耗量。
可选地，所述中间层所含铜的质量分数大于99.7％，所述中间层的壁厚0.05mm～0.20mm。
可选地，所述硬质合金内套的壁厚20mm～40mm。
本发明实施例还提供一种硬质合金复合轧辊制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
(1)对硬质合金内套和硬质合金外套按预定尺寸进行加工；
(2)对硬质合金内套外圆表面进行预处理，包括抛光、清洗、超声波清洗、酸洗、清洗、封孔和弱化；
(3)对硬质合金内套外圆电镀中间层，镀层厚0.05mm～0.20mm；
(4)将电镀好中间层的硬质合金内套和硬质合金外套进行过盈配合，采用热装，先将硬质合金外套加热到200℃～300℃，然后进行过盈配合套装，过盈量为0～0.02mm；
(5)将套装好的复合轧辊放入真空加热炉中，缓慢升温到到1090℃～1140℃，保温1.0h～3.0h，然后随炉冷却。
可选地，所述步骤(2)中的预处理包括：去除表面的氧化层后用去离子水超声波清洗5～20min；在15％的硫酸中酸洗1～2min，然后将硬质合金内套放在沸腾的离子水中煮1～2h进行封孔处理，使酸洗时渗入的酸性溶液充分稀释；在用0.5％硫酸制成的弱浸蚀溶液中弱化0.5～1min，然后迅速清洗，上挂具入槽预镀。
可选地，所述步骤(3)中硬质合金内套外圆电镀中间层包括：预镀和电镀；所述预镀采用氰化镀铜，形成镀铜层；所述电镀采用硫酸盐镀铜。
可选地，所述硬质合金外套由以下重量份的原料制成：碳化钨45～80份，钴20～60份；所述硬质合金内套由以下重量份的原料制成：碳化钨45～80份，钴20～60份。
本发明实施例提供的技术方案包括以下有益效果：本申请硬质合金内套和硬质合金外套采用成份相同或相近的硬质合金材料，具有相同或相近的热膨胀系数，可极大地改善或消除异种材料由于热膨胀系数不一致引起结合界面的缺陷。由于硬质合金外套通过中间层与硬质合金内套冶金结合，硬质合金内套可使用旧辊套进行加工，重复利用，极大地节约硬质合金材料，降低制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种硬质合金复合轧辊结构示意图；
图1的符号表示为：
1-硬质合金外套，2-中间层，3-硬质合金内套。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
轧辊辊身外层和芯部(包括辊颈部分)用不同材质制作，两种材质之间为冶金结合的轧辊，复合轧辊既能满足轧机对辊身耐磨性、抗热疲劳等性能的要求，同时又保证了芯部和辊颈的强韧性。外层和芯部材质主要根据轧辊所在机架对其使用性能的具体要求选定。常用的复合轧辊的外层材料有冷硬铸铁、无界冷硬铸铁、球墨铸铁、高铬铸铁、合金钢、半钢、高铬钢、高速钢、硬质合金等；芯部常用材料为灰铸铁、球墨铸铁、铸钢、锻钢。
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。
在机械加工和制造过程中,二个或二个以上零件的配合状态粗略可分为滑动配合、过渡配合和紧配合等许多等级，过盈配合属于紧配合中的一种，也就是说相配对的轴径(键宽)要大于孔径(键槽)，必须采用特殊工具挤压进去，或利用热涨冷缩的特性，将孔(键槽)加热，趁孔径扩大，迅速套到轴上，待冷却收缩后二个零件就紧紧配合成一体了。
冶金结合(metallurgical bond)是指两件金属的界面间原子相互扩散而形成的结合。这种结合或者是连接状态，或者是在温度或压力的作用下(或者温度和压力共同作用下)形成的。
复合材料的界面形成冶金结合后，有良好的工艺性能。能够进行各种冷、热压力加工成型，可以进行焊接和机械加工。这是界面为机械结合或范德华力结合的冷复合材料不能比拟的。
实施例一
参见图1，为本发明实施例提供的一种硬质合金复合轧辊，包括硬质合金外套1、中间层2和硬质合金内套3；所述硬质合金内套3外部设置有与其电镀结合的中间层2，所述硬质合金外套1设置于所述中间层2外部，所述硬质合金外套1通过所述中间层2与所述硬质合金内套3冶金结合；
所述硬质合金内套3成份与所述硬质合金外套1相近或者相同。
本申请中涉及的硬质合金复合轧辊中的硬质合金内套3和硬质合金外套1采用成份相同或相近的硬质合金材料，具有相同或相近的热膨胀系数，可极大地改善或消除异种材料由于热膨胀系数不一致引起结合界面的缺陷。
实施例二
参见图1，为本发明实施例提供的一种硬质合金复合轧辊，包括硬质合金外套1、中间层2和硬质合金内套3；所述硬质合金内套3外部设置有与其电镀结合的中间层2，所述硬质合金外套1设置于所述中间层2外部，所述硬质合金外套1通过所述中间层2与所述硬质合金内套3冶金结合；
所述硬质合金内套3成份与所述硬质合金外套1相近或者相同。
可选地，所述硬质合金外套1与所述电镀好的硬质合金内套3过盈配合；所述硬质合金内套3可重复使用。
可选地，所述过盈配合的过盈量为0.01mm。
本申请中涉及的硬质合金复合轧辊具有外套、中间层2和内套。所述外套为硬质合金材料，其成份根据使用要求确定，主要作为工作层；所述中间层2为结合层，采用铜或铜合金材料；所述内套为硬质合金辊套，其成份与外套相同或相近，起支撑作用，依据轧辊的尺寸需要确定，内套可重复使用。本实施例中涉及的硬质合金复合轧辊中的硬质合金内套3和硬质合金外套1采用成份相同或相近的硬质合金材料，具有相同或相近的热膨胀系数，可极大地改善或消除异种材料由于热膨胀系数不一致引起结合界面的缺陷。由于硬质合金外套通过中间层与硬质合金内套3冶金结合，硬质合金内套3可使用旧辊套进行加工，重复利用，极大地节约硬质合金材料，降低制造成本。
实施例三
参见图1，为本发明实施例提供的一种硬质合金复合轧辊，包括硬质合金外套1、中间层2和硬质合金内套3；所述硬质合金内套3外部设置有与其电镀结合的中间层2，所述硬质合金外套1设置于所述中间层2外部，所述硬质合金外套1通过所述中间层2与所述硬质合金内套3冶金结合；
所述硬质合金内套3成份与所述硬质合金外套1相近或者相同。
可选地，所述硬质合金外套1与所述电镀好的硬质合金内套3过盈配合；所述硬质合金内套3可重复使用。
可选地，所述过盈配合的过盈量为0.02mm。
可选地，所述硬质合金外套1的壁厚15mm，且不少于轧辊磨耗量。
可选地，所述中间层2所含铜的质量分数大于99.7％，所述中间层的壁厚0.11mm。
可选地，所述硬质合金内套3的壁厚25mm。
本申请中涉及的硬质合金复合轧辊具有外套、中间层2和内套。所述外套为硬质合金材料，其成份根据使用要求确定，主要作为工作层，其厚度为15mm,且不少于轧辊磨耗量；所述中间层2为结合层，采用铜或铜合金材料，其主要成份(质量％)为：Cu>99.7和其他，壁厚为0.11mm；所述内套为硬质合金辊套，其成份与外套相同或相近，起支撑作用，壁厚25mm,依据轧辊的尺寸需要确定，内套可重复使用。本实施例中涉及的硬质合金复合轧辊中的硬质合金内套3和硬质合金外套1采用成份相同或相近的硬质合金材料，具有相同或相近的热膨胀系数，可极大地改善或消除异种材料由于热膨胀系数不一致引起结合界面的缺陷。由于硬质合金外套1通过中间层与硬质合金内套3冶金结合，硬质合金内套3可使用旧辊套进行加工，重复利用，极大地节约硬质合金材料，降低制造成本。
实施例四
本发明实施例还提供一种硬质合金复合轧辊制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
(1)对硬质合金内套3和硬质合金外套1按预定尺寸进行加工；
(2)对硬质合金内套3外圆表面进行预处理，包括抛光、清洗、超声波清洗、酸洗、清洗、封孔和弱化；
(3)将硬质合金内套3外圆电镀中间层，镀层厚0.11mm；
(4)将电镀好中间层2的硬质合金内套3和硬质合金外套1进行过盈配合，采用热装，先将硬质合金外套1加热到250℃，然后进行过盈配合套装，过盈量为0.01mm；
(5)将套装好的复合轧辊放入真空加热炉中，缓慢升温到到1110℃，保温1.5h，然后随炉冷却。
可选地，所述硬质合金外套1由以下重量份的原料制成：碳化钨65份，钴35份；所述硬质合金内套3由以下重量份的原料制成：碳化钨55份，钴45份。
本申请中硬质合金外套到外径为285mm、内径为235.2mm、高度为95mm，硬质合金内套到外径为235mm、内径为160mm、高度为95mm，外套硬质合金成份为65％碳化钨、钴和其他微量元素,内套硬质合金成份为55％的碳化钨、钴和其他微量元素,内套和外套硬质合金成份可根据具体使用要求进行确定。
对硬质合金内套3外圆表面进行预处理，首先抛光处理，去除表面的氧化层，然后用去离子水超声波清洗，时间为10min。接着在15％的硫酸中酸洗1min，然后将硬质合金放在沸腾的离子水中煮1h进行封孔处理，使酸洗时渗入的酸性溶液充分稀释。接着在用0.5％硫酸制成的弱浸蚀溶液中弱化0.5min，然后迅速清洗，上挂具入槽预镀。
对硬质合金内套3外圆表面电镀铜，镀层厚度0.11mm；先预镀，预镀采用氰化镀铜，形成镀铜层；预镀液的包括以下成份：20g/L氰化亚铜，30g/L氰化钠，4g/L氢氧化钠；预镀液20℃，采用空气搅拌，电流密度为0.4A/dm，阳极为紫铜，电镀时间20s；电镀采用硫酸盐镀铜，镀液包括以下成份：170g/L硫酸铜，55g/L硫酸，0.6mg/L甲基紫，0.5g/L聚乙二醇，0.3mg/LOP乳化剂，40mg/L Cl-；镀液20℃，采用空气搅拌，电流密度为2A/dm，阳极为紫铜，电镀6min。镀铜后的硬质合金内套到外径为235.11mm。
将硬质合金外套1与电镀好硬质合金内套3的过盈套装在一起，采用热装，先将外套加热到250℃，再套装。
将套装好的复合轧辊放入真空加热炉中，缓慢升温到到1110℃，再保温1.5h,然后随炉冷却。
本申请中涉及到的厚度均为壁厚，也即所提到的硬质合金外套1、中间层2和硬质合金内套3的厚度都是其内径与外径的差值。
以上所述仅是本发明实施例的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种硬质合金复合轧辊，其特征在于，包括硬质合金外套、中间层和硬质合金内套；所述硬质合金内套外部设置有与其电镀结合的中间层，所述硬质合金外套设置于所述中间层外部，所述硬质合金外套通过所述中间层与所述硬质合金内套冶金结合；
所述硬质合金内套成份与所述硬质合金外套相近或者相同。
2.如权利要求1所述的硬质合金复合轧辊，其特征在于，所述硬质合金外套与所述电镀好的硬质合金内套过盈配合；所述硬质合金内套可重复使用。
3.如权利要求2所述的硬质合金复合轧辊，其特征在于，所述过盈配合的过盈量为0～0.05mm。
4.如权利要求3所述的硬质合金复合轧辊，其特征在于，所述硬质合金外套的壁厚10～30mm，且不少于轧辊磨耗量。
5.如权利要求4所述的硬质合金复合轧辊，其特征在于，所述中间层所含铜的质量分数大于99.7％，所述中间层的壁厚0.05mm～0.20mm。
6.如权利要求1～5中任一项所述的硬质合金复合轧辊，其特征在于，所述硬质合金内套的壁厚20mm～40mm。
7.一种硬质合金复合轧辊制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
(1)对硬质合金内套和硬质合金外套按预定尺寸进行加工；
(2)对硬质合金内套外圆表面进行预处理，包括抛光、清洗、超声波清洗、酸洗、清洗、封孔和弱化；
(3)对硬质合金内套外圆电镀中间层，镀层厚0.05mm～0.20mm；
(4)将电镀好中间层的硬质合金内套和硬质合金外套进行过盈配合，采用热装，先将硬质合金外套加热到200℃～300℃，然后进行过盈配合套装，过盈量为0～0.02mm；
(5)将套装好的复合轧辊放入真空加热炉中，缓慢升温到到1090℃～1140℃，保温1.0h～3.0h，然后随炉冷却。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)中的预处理包括：去除表面的氧化层后用去离子水超声波清洗5～20min；在15％的硫酸中酸洗1～2min，然后将硬质合金内套放在沸腾的离子水中煮1～2h进行封孔处理，使酸洗时渗入的酸性溶液充分稀释；在用0.5％硫酸制成的弱浸蚀溶液中弱化0.5～1min，然后迅速清洗，上挂具入槽预镀。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中硬质合金内套外圆进行电镀包括：预镀和电镀；所述预镀采用氰化镀铜，形成镀铜层，所述电镀采用硫酸盐镀铜。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述硬质合金外套包括以下重量份的原料：碳化钨45～80份，钴20～60份；所述硬质合金内套包括以下重量份的原料：碳化钨45～80份，钴20～60份。
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