CN107150455B - 一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊及制造方法 - Google Patents

一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊及制造方法，包括硬质合金柱钉(2)、耐磨层(3)、内层(4)及过渡层(5)，硬质合金柱钉(2)的直径为20‑30mm，长度为硬质合金柱钉(2)直径的1.1‑1.3倍，伸出耐磨层(3)的长度为硬质合金柱钉(2)直径的0.2‑0.25倍，硬质合金柱钉(2)使用钴基碳化钨硬质合金或钴基碳化钛硬质合金，耐磨层(3)采用含Cr、Mo、V、Nb等特殊成分的高合金钢，本发明采用分层离心浇注的方法，制造步骤如下：1、固定硬质合金柱钉(2)；2、熔炼；3、浇注；4、热处理；5、精加工。本发明在同样使用状况下比表面镶嵌硬质合金柱钉的压辊的使用寿命提高1.8‑2.2倍。

Description

一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊及制造方法
技术领域
本发明属于辊压机技术领域，具体涉及一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊及制造方法。
背景技术
为延长辊压机的使用寿命，提高辊压机的生产效率，有些厂家采取在辊套表面镶嵌硬质合金柱钉的方式，提高了压辊的耐磨性，但在镶嵌的过程中易造成辊套基体损坏，导致硬质合金柱钉松动、脱落。
现有在辊套上浇铸硬质合金柱钉时，1、硬质合金柱钉固定不牢，在浇铸过程中易脱落或位移，严重影响辊压机的使用寿命，2、由于硬质合金柱钉和基层的硬度相差很大(硬质合金柱钉的硬度HRC≥67，基层的硬度HRC≤55)，使用过程中基层磨损较快，很快就磨成凹坑，导致柱钉露出部分增加，柱钉易折断，影响辊压机的使用寿命。
发明内容
为解决在辊套表面镶嵌硬质合金柱钉时，硬质合金柱钉易从辊套中松动、脱落，使辊套的使用寿命大大降低的不足，同时解决现有在辊套上浇铸硬质合金柱钉时，硬质合金柱钉固定不牢，在浇铸过程中易脱落或位移，以及硬质合金柱钉和基层的硬度相差很大，使用过程中基层磨损较快，很快就磨成凹坑，导致柱钉露出部分增加，柱钉易折断，严重影响辊压机的使用寿命的不足，本发明提供一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊及制造方法，先将硬质合金柱钉铸在辊套的耐磨层中，然后在耐磨层内部浇注内层。
一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊，包括硬质合金柱钉、耐磨层、内层以及浇注过程中形成过渡层，硬质合金柱钉通过铸造的方法铸在耐磨层中，和耐磨层成为一个整体。
为使辊套表面具有很高的耐磨性，心部具有较好的综合性能，耐磨层采用含Cr、Mo、V、Nb等特殊成分的高合金钢，化学成分按重量百分比为：C：2.2-2.8％、V：5.5-6.5％、Mo：5.5-6.5％、Cr：3-4.0％、Nb：2.5-3.5、Si：0.7-0.9％、Mn：0.5-1.0％、Ni：0.3-0.6％、P：0-0.02％、S：0-0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，内层采用韧性较好的中碳合金钢。
为保证压辊的综合性能，制造过程中必须反复进行高温热处理，为防止高温热处理对硬质合金柱钉组织及硬度的影响，硬质合金柱钉使用钴基碳化钨硬质合金或钴基碳化钛硬质合金。
为保证辊套有足够的耐磨性，同时又防止耐磨材料使用过多造成浪费，耐磨层厚度为45-65mm。
过渡层的厚度为30-35mm。
硬质合金柱钉的直径为20-30mm，直径过小使用中易折断，直径过大，成本增加，造成浪费。
硬质合金柱钉的长度为硬质合金柱钉直径的1.1-1.3倍，硬质合金柱钉的直径小时取大值，硬质合金柱钉的直径大时取小值，具体在25-35mm。
由于硬质合金柱钉通过铸造的方法铸在耐磨层中，相比镶嵌工艺，硬质合金柱钉和耐磨层的连接强度好，硬质合金柱钉埋在耐磨层中的深度可减小。
硬质合金柱钉伸出耐磨层的长度为硬质合金柱钉直径的0.2-0.25倍，根据具体使用条件确定。
一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊的制造方法，采用分层离心浇注的方法，首先将硬质合金柱钉固定在固定圈中，浇注耐磨层，使硬质合金柱钉和耐磨层凝固在一起，然后在耐磨层的里面浇注内层。
为使耐磨层和内层的组织结构能平稳过渡，增加耐磨层和内层的结合强度，提高压辊的使用寿命，在耐磨层浇注结束后1.7-2.2分钟内开始浇注内层，在耐磨层和内层之间形成一个30-35mm的过渡层，停止时间短，内层对耐磨层的熔化过多，耐磨层的厚度减薄，影响产品的使用寿命，停止时间长，耐磨层已凝固，不易形成过渡层，失去过渡层的作用。
一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊的制造步骤如下：
1、固定硬质合金柱钉
1)将硬质合金柱钉固定在固定圈中；
2)将固定圈固定在金属浇注模的内侧；
3)在固定圈的内侧涂涂料。
2、熔炼
1)秤重配比：按化学成分(重量百分比)秤重配比；
2)烘烤：将原材料加热到400-450℃烘烤3.5-4.5h；
3)熔炼：将原材料加热到1650℃，取样分析并转入精炼，精炼过程中加石灰和铝粉脱氧，脱氧过程约15-25分钟。
3、浇注
根据分析结果调整合金组分含量达到规定范围后，升温到1680℃出钢，待钢温降到1580℃时，浇注耐磨层，在耐磨层浇注结束后1.7-2.2分钟内浇注内层，此时耐磨层外部已结晶凝固，内部还处于液体状态，使耐磨层和内层部分熔合形成30-35mm厚度的过渡层。
浇注结束后，冷却到890-910℃出模。
4、热处理
待温度冷却到到490-510℃，进炉保温2-2.5h，然后升温到790-810℃，保温2-2.5h，再升温到1100-1120℃，保温1.5-2h，最后加热至1340-1350℃，保温1.5-2h，然后空冷。
通过热处理并采取机械的方法使固定圈脱落，使硬质合金柱钉与耐磨层在结构上为一个整体。
5、精加工：按规定进行精加工。
有益效果：
1、将硬质合金柱钉铸在耐磨层中，与耐磨层熔铸成一个整体，有效地解决了现有硬质合金柱钉易从辊套中松动、脱落，大大提高了滚压机的使用寿命。
2、耐磨层采用含Cr、Mo、V、Nb等特殊成分的高合金钢，硬度达到HRC63-65，耐磨性好，可有效防止因耐磨层早期磨损，导致硬质合金柱钉松动、脱落而影响滚压机的使用寿命。
3、内层采用韧性较好的中碳合金钢，保证压辊内部有较好抗冲击韧性和强度。
4、在耐磨层和内层中间形成一个厚度为30-35mm的过渡层，使耐磨层和内层组织和性能平稳过渡，明显提高滚压机的使用寿命。
在同样使用状况下比表面镶嵌硬质合金柱钉的压辊的使用寿命提高1.8-2.2倍。
附图说明
图1为本发明硬质合金柱钉2固定在固定圈1中的径向剖面图。
图2本发明浇注后的径向剖面图(含固定圈1)。
图3本发明的径向剖面图。
图中：1、固定圈；2、硬质合金柱钉；3、耐磨层；4、内层；5、过渡层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
辊套直径1200mm。
硬质合金柱钉2使用钴基碳化钨硬质合金。
耐磨层3化学成分按重量百分比为：C：2.2％、V：5.8％、Mo：6.0％、Cr：3.5％、Nb：3.0、Si：0.8％、Mn：0.75％、Ni：0.45％、P：0-0.02％、S：0-0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，内层4采用韧性较好的中碳合金钢。
耐磨层3厚度为55mm。
硬质合金柱钉2的直径为25mm。
硬质合金柱钉2的长度30mm。
硬质合金柱钉2伸出耐磨层3的长度6mm。
采用分层离心浇注的方法，首先将硬质合金柱钉2固定在固定圈1中，浇注耐磨层3，使硬质合金柱钉2和耐磨层3凝固在一起，然后在耐磨层3的里面浇注内层4。
制造步骤如下：
1、固定硬质合金柱钉2
1)将硬质合金柱钉2固定在固定圈1中；
2)将固定圈1固定在金属浇注模的内侧；
3)在固定圈1的内侧涂涂料。
2、熔炼
1)秤重配比：按化学成分(重量百分比)秤重配比；
2)烘烤：将原材料加热到400-450℃烘烤4h；
3)熔炼：将原材料加热到1650℃，取样分析并转入精炼，精炼过程中加石灰和铝粉脱氧，脱氧过程约20分钟。
3、浇注
根据分析结果调整合金组分含量达到规定范围后，升温到1680℃出钢，待钢温降到1580℃时，浇注耐磨层3，在耐磨层3浇注结束后2分钟内浇注内层4，此时耐磨层3外部已结晶凝固，内部还处于液体状态，使耐磨层3和内层4部分熔合形成30-35mm厚度的过渡层5。
浇注结束后，冷却到890-910℃出模。
4、热处理
待温度冷却到到490-510℃，进炉保温2.25h，然后升温到790-810℃，保温2.25h，再升温到1100-1120℃，保温1.75h，最后加热至1340-1350℃，保温1.75h，然后空冷。
通过热处理并采取切割的方法使固定圈1脱落，使硬质合金柱钉2与耐磨层3在结构上为一个整体。
5、精加工：按规定进行精加工。
本实施例硬质合金柱钉2硬度HRC69.1，耐磨层3的硬度HRC64.8，使用寿命提高2.13倍。
实施例2
辊套直径1000mm。
硬质合金柱钉2使用钴基碳化钛硬质合金。
耐磨层3化学成分按重量百分比为：C：2.2％、V：5.5％、Mo：5.5％、Cr：3％、Nb：2.5、Si：0.7％、Mn：0.5％、Ni：0.3％、P：0-0.02％、S：0-0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，内层4采用韧性较好的中碳合金钢。
耐磨层3厚度约为45mm。
硬质合金柱钉2的直径为20mm。
硬质合金柱钉2的长度为25mm。
硬质合金柱钉2伸出耐磨层3的长度5mm。
采用分层离心浇注的方法，首先将硬质合金柱钉2固定在固定圈1中，浇注耐磨层3，使硬质合金柱钉2和耐磨层3凝固在一起，然后在耐磨层3的里面浇注内层4。
制造步骤如下：
1、固定硬质合金柱钉2
1)将硬质合金柱钉2固定在固定圈1中；
2)将固定圈1固定在金属浇注模的内侧；
3)在固定圈1的内侧涂涂料。
2、熔炼
1)秤重配比：按化学成分(重量百分比)秤重配比；
2)烘烤：将原材料加热到400-450℃烘烤3.5h；
3)熔炼：将原材料加热到1650℃，取样分析并转入精炼，精炼过程中加石灰和铝粉脱氧，脱氧过程约15分钟。
3、浇注
根据分析结果调整合金组分含量达到规定范围后，升温到1680℃出钢，待钢温降到1580℃时，浇注耐磨层3，在耐磨层3浇注结束后1.7分钟内浇注内层4，此时耐磨层3外部已结晶凝固，内部还处于液体状态，使耐磨层3和内层4部分熔合形成30-35mm厚度的过渡层5。
浇注结束后，冷却到890-910℃出模。
4、热处理
待温度冷却到到490-510℃，进炉保温2h，然后升温到790-810℃，保温2h，再升温到1100-1120℃，保温1.5h，最后加热至1340-1350℃，保温1.5h，然后空冷。
通过热处理并采取切割的方法使固定圈1脱落，使硬质合金柱钉2与耐磨层3在结构上为一个整体。
5、精加工：按规定进行精加工。
本实施例硬质合金柱钉2硬度HRC68.9，耐磨层3的硬度HRC63.4，使用寿命提高1.92倍。
实施例3
辊套直径1500mm。
硬质合金柱钉2使用钴基碳化钨硬质合金。
耐磨层3化学成分按重量百分比为：C：2.8％、V：6.5％、Mo：6.5％、Cr4.0％、Nb3.5、Si0.9％、Mn1.0％、Ni0.6％、P：0-0.02％、S：0-0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，内层4采用韧性较好的中碳合金钢。
耐磨层3厚度为65mm。
硬质合金柱钉2的直径为30mm。
硬质合金柱钉2的长度为35mm。
硬质合金柱钉2伸出耐磨层3的长度6mm。
制造步骤如下：
1、固定硬质合金柱钉2
1)将硬质合金柱钉2固定在固定圈1中；
2)将固定圈1固定在金属浇注模的内侧；
3)在固定圈1的内侧涂涂料。
2、熔炼
1)秤重配比：按化学成分(重量百分比)秤重配比；
2)烘烤：将原材料加热到400-450℃烘烤4.5h；
3)熔炼：将原材料加热到1650℃，取样分析并转入精炼，精炼过程中加石灰和铝粉脱氧，脱氧过程约25分钟。
3、浇注
根据分析结果调整合金组分含量达到规定范围后，升温到1680℃出钢，待钢温降到1580℃时，浇注耐磨层3，在耐磨层3浇注结束后2.2分钟内浇注内层4，此时耐磨层3外部已结晶凝固，内部还处于液体状态，使耐磨层3和内层4部分熔合形成30-35mm厚度的过渡层5。
浇注结束后，冷却到890-910℃出模。
4、热处理
待温度冷却到到490-510℃，进炉保温2.5h，然后升温到790-810℃，保温2.5h，再升温到1100-1120℃，保温2h，最后加热至1340-1350℃，保温2h，然后空冷。
通过热处理并采取切割的方法使固定圈1脱落，使硬质合金柱钉2与耐磨层3在结构上为一个整体。
5、精加工：按规定进行精加工。
本实施例硬质合金柱钉2硬度HRC68.8，耐磨层3的硬度HRC63.7，使用寿命提高2.09倍。

Claims (4)

1.一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊，包括硬质合金柱钉(2)、耐磨层(3)、内层(4)以及浇注过程中形成过渡层(5)，其特征在于：硬质合金柱钉(2)通过铸造的方法铸在耐磨层(3)中，硬质合金柱钉(2)和耐磨层(3)为一个整体，耐磨层(3)厚度为45-65mm，过渡层(5)的厚度为30-35mm；硬质合金柱钉(2)的直径为20-30mm，硬质合金柱钉(2)的长度为硬质合金柱钉(2)直径的1.1-1.3倍，直径小时取大值，直径大时取小值，硬质合金柱钉(2)伸出耐磨层(3)的长度为硬质合金柱钉(2)直径的0.2-0.25倍；硬质合金柱钉(2)使用钴基碳化钨硬质合金或钴基碳化钛硬质合金，耐磨层(3)采用含Cr、Mo、V、Nb的高合金钢，化学成分按重量百分比为：C：1.0-3.0％、V：4.0-8.0％、Mo：4.0-8.0％、Cr：2.5-6.0％、Nb：0.3-6.0、Si：0.7-1.0％、Mn：0.5-1.0％、Ni：0.3-0.6％、P：0-0.02％、S：0-0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质，内层(4)采用中碳合金钢。
2.一种制造如权利要求1中复合浇铸硬质合金柱钉压辊的方法，采用分层离心浇注的方法，其特征在于：首先将硬质合金柱钉(2)固定在固定圈(1)中，将固定有硬质合金柱钉(2)的固定圈(1)固定在金属模的内侧，在固定圈(1)的内侧涂涂料，先浇注耐磨层(3)，使硬质合金柱钉(2)和耐磨层(3)凝固在一起，再在耐磨层(3)的里面浇注内层(4)。
3.如权利要求2所述的一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊的制造方法，制造步骤如下：
1)固定硬质合金柱钉(2)
(1)将硬质合金柱钉(2)固定在固定圈(1)中；
(2)将固定圈(1)固定在金属浇注模的内侧；
(3)在固定圈(1)的内侧涂涂料；
2)熔炼
(1)秤重配比：按化学成分重量百分比秤重配比；
(2)烘烤：将原材料加热到400-450℃烘烤3.5-4.5h；
(3)熔炼：将原材料加热到1650℃，取样分析并转入精炼，精炼过程中加石灰和铝粉脱氧，脱氧过程为15-25分钟；
3)浇注
根据分析结果调整合金组分含量达到规定范围后，升温到1680℃出钢，待钢温降到
1580℃时，浇注耐磨层(3)，在耐磨层(3)浇注结束后1.7-2.2分钟内浇注内层(4)，浇注结束后，冷却到890-910℃出模；
4)热处理
待温度冷却到490-510℃，进炉保温2-2.5h，然后升温到790-810℃，保温2-2.5h，再升温到1100-1120℃，保温1.5-2h，最后加热至1340-1350℃，保温1.5-2h，然后空冷；
5)精加工
按规定进行精加工。
4.如权利要求3所述的一种复合浇铸硬质合金柱钉压辊的制造方法，其特征在于：通过热处理并采取机械的方法使固定圈(1)脱落，使硬质合金柱钉(2)与耐磨层(3)在结构上为一个整体。
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