CN113926994A - 一种耐磨挤压辊的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业破碎机械制备领域，提供一种耐磨挤压辊的制备方法。步骤为：制备型腔→放置耐磨柱钉→浇注母液→热处理→加工内孔→热装→堆焊过渡层→堆焊耐磨层→堆焊花纹。钢结合金耐磨柱钉具有良好抗冲击性能、耐磨性和焊接性，可减少应力集中使基体不易开裂，并起到骨架支撑作用，使过渡层及耐磨层不出现大面积剥落；过渡层改善了辊套基体的焊接性，增强了耐磨层与辊套基体的冶金结合强度，减小了裂纹产生倾向；在堆焊过渡层、耐磨层和耐磨花纹前将辊轴与辊套热装在一起，改变了焊后热装出现的辊轴与辊套连接不牢固及耐磨层和耐磨花纹易剥落现象。采用本发明制备的耐磨挤压辊，比常规结构的挤压辊的工作寿命提升了一倍以上。

Description

一种耐磨挤压辊的制备方法
技术领域
本发明属于工业破碎机械制备领域，特别涉及一种耐磨挤压辊的制备方法。
背景技术
辊压机是一种新型高效节能的粉末设备，通过高应力挤压完成对物料的破碎，由于其高效、节能，在水泥、冶金、矿石等破碎行业上呈现独特的优势和前景。挤压辊在破碎矿石、水泥熟料等物料时，辊面承受着剧烈的高应力磨料磨损、犁削磨损和疲劳破坏，因此挤压辊辊面的耐磨性和使用寿命就成了辊压机这类装备的关键技术指标。辊压机的工作原理一般是将待处理物料喂入两个反向旋转的磨辊之间的间隙，通过磨辊与磨辊之间和物料自身的相互作用的高应力实现粉磨。在此过程中，物料颗粒在高应力作用下使辊面产生弹、塑性变形，在亚表面不同深处会形成循环压应力和拉应力。当这些应力超过材料疲劳强度时，就会在表层形成裂纹。裂纹经过扩展、连接，最终会导致辊面剥落。同时，辊面还会受物料的高应力切削磨损和由正应力、剪应力的挤压而造成的疲劳磨损。因此提高辊压机的辊套耐磨性能是辊压机产品的核心问题。目前市场上辊压机辊套主要为整体铸造式、堆焊式、硬质合金柱钉式三种。整体铸造式属于早期技术，目前已不多用；合金柱钉式则因其对物料中的异物过于敏感或造价过于昂贵，且柱钉易断裂，使用很少，目前使用较多的是堆焊辊，即在辊面堆焊耐磨材质和花纹形式硬质材料。
目前，国内外提高挤压辊辊面耐磨性和使用寿命的主要技术措施分两类：
1、在普通材料辊体表面上直接堆焊不同的耐磨合金材料形成耐磨层来提高辊面的耐磨性。但是，如果选用高硬度的耐磨堆焊材料来提高耐磨性，辊面易于开裂导致耐磨堆焊层剥落，影响辊体的使用寿命。而选用低硬度的耐磨堆焊材料，耐磨性能又较差。同时，这种结构在坚硬物料的强力挤压下，堆焊出花纹层容易从辊体表面崩离脱落，因此堆焊的厚度受到一定的限制。这种方法制造的辊面的耐磨性很难有大幅度的提高，辊面的耐磨寿命一般在8000h，其工作寿命不能满足用户要求。
2、辊面打孔镶嵌硬质合金柱钉提高辊面的耐磨性。即在辊体表面先加工上一定直径和深度并按规律排列的孔，然后把先行制造好的硬质合金柱钉胶粘、冷镶或钎焊到孔内。但是该结构中硬质合金柱钉和辊体金属的结合为机械结合，辊体在长时间运转后会引起硬质合金柱钉脱落，一旦硬质合金柱钉脱落就无法在现场迅速进行理想的修复，同时在基体上打孔后通过机械方式连接硬质合金柱钉容易造成基体开裂，导致基体报废。因此该结构没能在实践中被广泛推广。
挤压辊辊体表面耐磨层过早失效是破碎行业具有挑战性的技术难题，目前还需要更好的行之有效的解决办法。
发明内容
本发明提供一种耐磨挤压辊的制备方法，解决如下技术问题：①耐磨柱钉不会脱落且焊接性好并与耐磨层呈冶金结合；②挤压辊母体韧性好不易开裂；③改善挤压辊母体焊接性使耐磨层与其之间的冶金结合牢固；④辊轴与辊套结合牢固，工作周期长；⑤挤压辊具有扒料功能，生产效率高。
本发明采用如下技术解决方案：
一种耐磨挤压辊的制备方法，所述耐磨挤压辊包括辊轴、辊套基体、耐磨柱钉、过渡层、耐磨层和耐磨花纹，所述辊轴和辊套基体套装在一起，所述辊套基体上设有耐磨柱钉，辊套基体外环面上设有过渡层，过渡层的外环面上设有耐磨层，耐磨层的外环面上设有耐磨花纹，其制备方法如下：
步骤1：制备型腔。
步骤2：在型腔预定部位放入耐磨柱钉，然后向型腔内浇注母液形成辊套基体，耐磨柱钉与辊套基体镶铸在一起，所述耐磨柱钉高出辊套基体外表面10-30mm。
步骤3：对镶铸有耐磨柱钉的辊套基体进行热处理，热处理规范为：①以30-80℃/h的速度从室温升温至300℃，②在300℃温度下保温2-4h，③以30-80℃/h的速度从300℃升温至600℃，④在600℃温度下保温2-4h，⑤以30-80℃/h的速度从600℃升温至1000℃-1200℃，⑥在1000℃-1200℃温度下保温10-20h，⑦水淬处理，初始水温不低于40℃，水淬处理完成后水温不高于60℃。
步骤4：对辊套基体的内孔进行精加工。
步骤5：在110℃-210℃温度下将辊套基体与辊轴装配在一起。
步骤6：在辊套基体外表面的耐磨柱钉间隙内堆焊过渡层。
步骤7：在过渡层上堆焊耐磨层。
步骤8：在堆焊耐磨层上堆焊耐磨花纹。
所述母液为高锰钢或超高锰钢，高锰钢中锰含量质量百分比为11％-13％，Cr+Mo+V+Ti+W质量百分比小于6％；超高锰钢中锰含量质量百分比为16％-18％，Cr+Mo+V+Ti+W质量百分比小于6％。
所述耐磨柱钉材质为钢结合金，钢结合金包括硬质相和粘结相，硬质相所占质量百分比为30％-50％，硬质相为碳化钨、碳化钛、碳化铌、碳化钒的一种或几种组合，粘结相为碳素钢、低合金钢、合金钢、高锰钢、高速工具钢的一种或几种组合。
所述碳素钢应符合国家标准规定的《碳素结构钢》或《优质碳素结构钢》的化学成分要求，所述低合金钢及合金钢应分别符合国家标准规定的《低合金高强度结构钢》或《合金结构钢》的化学成分要求，所述高速工具钢应符合国家标准规定的《高速工具钢》的要求，所述高锰钢中锰含量质量百分比为11％-13％，Cr+Mo+V+Ti+W的质量百分比小于6％。
所述过渡层的化学成分及质量百分比为：C＜0.1％，Si＜2.0％，P＜0.03％，S＜0.03％，Mo+V+Nb+Ti＜5.0％，Mn 1.0％-8.0％，Cr 16.0％-35.0％，Ni 7.0％-20.0％，余量为Fe。
所述耐磨层的化学成分及质量百分比为：Si＜2.0％，Mn＜4.0％，P＜0.035％，S＜0.035％，Nb＜5.0％，V＜5.0％，Mo＜5.0％，W+Ti＜5.0％，C 4％-6％，Cr 16.0％-35.0％，余量为Fe。
所述耐磨花纹的化学成分与耐磨层的化学成分相同或不同，耐磨花纹的化学成分与耐磨层的化学成分不同时，其化学成分及质量百分比为：Si＜2.0％，Mn＜4.0％，P＜0.035％，S＜0.035％，Nb＜5.0％，W＜8.0％，Mo＜8.0％，V+Ti＜5.0％，C 4％-6％，Cr16.0％-35.0％，余量为Fe。
所述耐磨柱钉的长度为40mm-60mm，优选45mm-55mm。
所述耐磨柱钉上垂直其中心线的横截面形状为圆形、方形、三角形或多边形。
所述耐磨柱钉的端面高于耐磨层的外环面0-1mm，或耐磨柱钉的端面低于耐磨层的外环面0-1mm。
所述耐磨花纹高于耐磨柱钉2mm-5mm。
所述辊轴和辊套基体通过过盈配合或键连接装配在一起。
与现有技术相比，采用本发明的制备方法制备的耐磨挤压辊具有以下有益效果：
1、耐磨柱钉直接镶铸在基体内，将基体表面进行了分隔，使其分散为多个小块，最大限度地减少应力集中的危害，比在完整的基体上先打孔，再通过其他机械连接方式易产生应力集中来连接耐磨柱钉的情况相比，镶铸耐磨柱钉的基体更不容易开裂；耐磨柱钉的存在，起到一个骨架支撑作用，使过渡层及耐磨层不会出现大面积剥落，设备运行稳定性好。
2、耐磨柱钉材质为钢结合金，具有良好的抗冲击性能和耐磨性，同时具有优异的热稳定性，还具有很好的焊接性，与过渡层及耐磨层呈冶金结合。
3、对镶铸有耐磨柱钉的辊套基体进行热处理，避免了辊套基体和耐磨柱钉的开裂现象，提高了整体力学性能，而且后续工序除了与辊轴的110℃-210℃温度下热装外，不需再进行热处理，大大减少了奥氏体碳化物的析出，在保证耐磨性的前提下有效提高了韧性。
4、在堆焊过渡层、耐磨层和耐磨花纹前将辊轴与辊套热装在一起，改变了焊后热装出现的辊轴与辊套连接不牢固及耐磨层和耐磨花纹易剥落现象。
5、辊套基体与耐磨层之间设有过渡层，有效改善了辊套基体的焊接性，增强了耐磨层与辊套基体的冶金结合强度，减小了裂纹产生倾向。
6、耐磨花纹不仅起到耐磨作用，还起到常规凸起部位对物料的挤压作用和挤压送料时的扒料作用。不同花纹的造型会产生不同的破碎强度，破碎效率越好，扒料效果同比也会增加，从而提高整个破碎效率。
7、采用本发明制备的耐磨挤压辊，将常规结构的挤压辊的工作寿命从8000小时提升到16500小时以上。
附图说明
图1是本发明的横截面结构示意图。
附图标记说明：1、辊轴；2、辊套基体；3、耐磨柱钉；4、过渡层；5、耐磨层；6、耐磨花纹。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
所述耐磨挤压辊包括辊轴1、辊套基体2、耐磨柱钉3、过渡层4、耐磨层5和耐磨花纹6，所述辊轴1和辊套基体2套装在一起，所述辊套2基体上设有耐磨柱钉3，辊套基体2外环面上设有过渡层4，过渡层4的外环面上设有耐磨层5，耐磨层5的外环面上设有耐磨花纹6，其制备方法如下：
步骤1：制备型腔。
步骤2：在型腔预定部位放入耐磨柱钉3，然后向型腔内浇注高锰钢母液形成辊套基体2，耐磨柱钉3与辊套基体2镶铸在一起，耐磨柱钉3高出辊套基体2外表面10mm。
步骤3：对镶铸有耐磨柱钉3的辊套基体2进行热处理，热处理规范为：①以80℃/h的速度从室温升温至300℃，②在300℃温度下保温2h，③以30℃/h的速度从300℃升温至600℃，④在600℃温度下保温2h，⑤以30-80℃/h的速度从600℃升温至1000℃，⑥在1000℃温度下保温10h，⑦水淬处理，初始水温不低于40℃，水淬处理完成后水温不高于60℃。
步骤4：对辊套基体2的内孔进行精加工。
步骤5：在110℃温度下将辊套基体2与辊轴1通过过盈配合装配在一起。
步骤6：在辊套基体2外表面的耐磨柱钉3间隙内堆焊过渡层4。
步骤7：在过渡层4上堆焊耐磨层5。
步骤8：在堆焊耐磨层5上堆焊耐磨花纹6。
耐磨柱钉3材质为钢结合金，钢结合金包括硬质相和粘结相，硬质相所占质量百分比为30％，硬质相为碳化钨、碳化钛、碳化铌组合，碳化钛：碳化铌：碳化钒＝1：1：1(质量百分比)，粘结相为低合金钢。
过渡层4的化学成分及质量百分比为：C＜0.1％，Si＜2.0％，P＜0.03％，S＜0.03％，Mo+V+Nb+Ti＜5.0％，Mn 1.0％％，Cr 16.0％，Ni 7.0％，余量为Fe。
耐磨层5的化学成分及质量百分比为：Si＜2.0％，Mn＜4.0％，P＜0.035％，S＜0.035％，Nb＜5.0％，V＜5.0％，Mo＜5.0％，W+Ti＜5.0％，C 4％，Cr 16.0％，余量为Fe。
耐磨花纹6的化学成分与耐磨层5的化学成分相同。
耐磨柱钉3的长度为40mm。
耐磨柱钉3上垂直其中心线的横截面形状为正六边形。
耐磨柱钉3的端面高于耐磨层5的外环面1mm。
耐磨花纹6高于耐磨柱钉2mm。
实施例2：
所述耐磨挤压辊包括辊轴1、辊套基体2、耐磨柱钉3、过渡层4、耐磨层5和耐磨花纹6，所述辊轴1和辊套基体2套装在一起，所述辊套2基体上设有耐磨柱钉3，辊套基体2外环面上设有过渡层4，过渡层4的外环面上设有耐磨层5，耐磨层5的外环面上设有耐磨花纹6，其制备方法如下：
步骤1：制备型腔。
步骤2：在型腔预定部位放入耐磨柱钉3，然后向型腔内浇注高锰钢母液形成辊套基体2，耐磨柱钉3与辊套基体2镶铸在一起，耐磨柱钉3高出辊套基体2外表面20mm。
步骤3：对镶铸有耐磨柱钉3的辊套基体2进行热处理，热处理规范为：①以55℃/h的速度从室温升温至300℃，②在300℃温度下保温3h，③以55℃/h的速度从300℃升温至600℃，④在600℃温度下保温3h，⑤以55℃/h的速度从600℃升温至1100℃，⑥在1100℃温度下保温15h，⑦水淬处理，初始水温不低于40℃，水淬处理完成后水温不高于60℃。
步骤4：对辊套基体2的内孔进行精加工。
步骤5：在210℃温度下将辊套基体2与辊轴1通过过盈配合装配在一起。
步骤6：在辊套基体2外表面的耐磨柱钉3间隙内堆焊过渡层4。
步骤7：在过渡层4上堆焊耐磨层5。
步骤8：在堆焊耐磨层5上堆焊耐磨花纹6。
耐磨柱钉3材质为钢结合金，钢结合金包括硬质相和粘结相，硬质相所占质量百分比为50％，硬质相为碳化钛、碳化铌、碳化钒的组合，碳化钛：碳化铌：碳化钒＝3：1：1(质量百分比)，粘结相为合金钢。
过渡层4的化学成分及质量百分比为：C＜0.1％，Si＜2.0％，P＜0.03％，S＜0.03％，Mo+V+Nb+Ti＜5.0％，Mn 4.5％，Cr 25.0％，Ni 13.0％，余量为Fe。
耐磨层5的化学成分及质量百分比为：Si＜2.0％，Mn＜4.0％，P＜0.035％，S＜0.035％，Nb＜5.0％，V＜5.0％，Mo＜5.0％，W+Ti＜5.0％，C 5％，Cr 25.0％，余量为Fe。
耐磨花纹6的化学成分与耐磨层5的化学成分相同。
耐磨柱钉3的长度为50mm。
耐磨柱钉3上垂直其中心线的横截面形状为圆形。
耐磨柱钉3的端面与耐磨层5的外环面相平。
耐磨花纹6高于耐磨柱钉2.5mm。
实施例3：
所述耐磨挤压辊包括辊轴1、辊套基体2、耐磨柱钉3、过渡层4、耐磨层5和耐磨花纹6，所述辊轴1和辊套基体2套装在一起，所述辊套2基体上设有耐磨柱钉3，辊套基体2外环面上设有过渡层4，过渡层4的外环面上设有耐磨层5，耐磨层5的外环面上设有耐磨花纹6，其制备方法如下：
步骤1：制备型腔。
步骤2：在型腔预定部位放入耐磨性钉3，然后向型腔内浇注超高锰钢母液形成辊套基体2，耐磨柱钉3与辊套基体2镶铸在一起，耐磨柱钉3高出辊套基体2外表面30mm。
步骤3：对镶铸有耐磨柱钉3的辊套基体2进行热处理，热处理规范为：①以30℃/h的速度从室温升温至300℃，②在300℃温度下保温4h，③以30℃/h的速度从300℃升温至600℃，④在600℃温度下保温4h，⑤以30℃/h的速度从600℃升温至1200℃，⑥在1200℃温度下保温10h，⑦水淬处理，初始水温不低于40℃，水淬处理完成后水温不高于60℃。
步骤4：对辊套基体2的内孔进行精加工。
步骤5：在160℃温度下将辊套基体2与辊轴1通过过盈配合装配在一起。
步骤6：在辊套基体2外表面的耐磨柱钉3间隙内堆焊过渡层4。
步骤7：在过渡层4上堆焊耐磨层5。
步骤8：在堆焊耐磨层5上堆焊耐磨花纹6。
耐磨柱钉3材质为钢结合金，钢结合金包括硬质相和粘结相，硬质相所占质量百分比为40％，硬质相为碳化钛、碳化铌组合，碳化钛：碳化铌＝3：1(质量百分比)，粘结相为低合金钢。
过渡层4的化学成分及质量百分比为：C＜0.1％，Si＜2.0％，P＜0.03％，S＜0.03％，Mo+V+Nb+Ti＜5.0％，Mn8.0％，Cr 35.0％，Ni 20.0％，余量为Fe。
耐磨层5的化学成分及质量百分比为：Si＜2.0％，Mn＜4.0％，P＜0.035％，S＜0.035％，Nb＜5.0％，V＜5.0％，Mo＜5.0％，W+Ti＜5.0％，C 6％，Cr 35.0％，余量为Fe。
耐磨花纹6的化学成分与耐磨层5的化学成分不同，其化学成分及质量百分比为：Si＜2.0％，Mn＜4.0％，P＜0.035％，S＜0.035％，Nb＜5.0％，W＜8.0％，Mo＜8.0％，V+Ti＜5.0％，C 6％，Cr 35.0％，余量为Fe。
耐磨柱钉3的长度为60mm。
耐磨柱钉3上垂直其中心线的横截面形状为三角形。
耐磨柱钉3的端面低于耐磨层5的外环面1mm。
耐磨花纹6高于耐磨柱钉5mm。
对比例1：
与实施例2基本相同，不同之处是将“步骤5”改在“步骤8”之后。
对比例2：
与实施例2基本相同，不同之处是没有“步骤6”。
对比例3：
与实施例2基本相同，不同之处是没有“步骤3”。
对比例4：
与实施例2基本相同，不同之处是没有“步骤8”。
实施例和对比例制备出的挤压辊的各项试验结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003282909780000061
Figure BDA0003282909780000071
应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种耐磨挤压辊的制备方法，其特征在于：所述耐磨挤压辊包括辊轴(1)、辊套基体(2)、耐磨柱钉(3)、过渡层(4)、耐磨层(5)和耐磨花纹(6)，所述辊轴(1)和辊套基体(2)套装在一起，所述辊套基体(2)上设有耐磨柱钉(3)，辊套基体(2)外环面上设有过渡层(4)，过渡层(4)的外环面上设有耐磨层(5)，耐磨层(5)的外环面上设有耐磨花纹(6)，其制备方法如下：
步骤1：制备型腔；
步骤2：在型腔预定部位放入耐磨柱钉(3)，然后向型腔内浇注母液形成辊套基体(2)，耐磨柱钉(3)与辊套基体(2)镶铸在一起，耐磨柱钉(3)高出辊套基体(2)外表面10-30mm；
步骤3：对镶铸有耐磨柱钉(3)的辊套基体(2)进行热处理，热处理规范为：①以30-80℃/h的速度从室温升温至300℃，②在300℃温度下保温2-4h，③以30-80℃/h的速度从300℃升温至600℃，④在600℃温度下保温2-4h，⑤以30-80℃/h的速度从600℃升温至1000℃-1200℃，⑥在1000℃-1200℃温度下保温10-20h，⑦水淬处理，初始水温不低于40℃，水淬处理完成后水温不高于60℃；
步骤4：对辊套基体(2)的内孔进行精加工；
步骤5：在110℃-210℃温度下将辊套基体(2)与辊轴(1)装配在一起；
步骤6：在辊套基体(2)外表面的耐磨柱钉(3)间隙内堆焊过渡层(4)；
步骤7：在过渡层(4)上堆焊耐磨层(5)；
步骤8：在堆焊耐磨层(5)上堆焊耐磨花纹(6)；
所述母液为高锰钢或超高锰钢，高锰钢中锰含量质量百分比为11％-13％，Cr+Mo+V+Ti+W的质量百分比小于6％；超高锰钢中锰含量质量百分比为16％-18％，Cr+Mo+V+Ti+W的百分比小于6％；
所述耐磨柱钉(3)材质为钢结合金，所述钢结合金包括硬质相和粘结相，硬质相所占质量百分比为30％-50％，所述硬质相为碳化钨、碳化钛、碳化铌、碳化钒的一种或几种组合，所述粘结相为碳素钢、低合金钢、合金钢、高锰钢、高速工具钢的一种或几种组合；
所述过渡层(4)的化学成分及质量百分比为：C＜0.1％，Si＜2.0％，P＜0.03％，S＜0.03％，Mo+V+Nb+Ti＜5.0％，Mn 1.0％-8.0％，Cr 16.0％-35.0％，Ni 7.0％-20.0％，余量为Fe；
所述耐磨层(5)的化学成分及质量百分比为：Si＜2.0％，Mn＜4.0％，P＜0.035％，S＜0.035％，Nb＜5.0％，V＜5.0％，Mo＜5.0％，W+Ti＜5.0％，C 4％-6％，Cr 16.0％-35.0％，余量为Fe；
所述耐磨花纹(6)的化学成分与耐磨层(5)的化学成分相同或不同，耐磨花纹(6)的化学成分与耐磨层(5)的化学成分不同时，其化学成分及质量百分比为：Si＜2.0％，Mn＜4.0％，P＜0.035％，S＜0.035％，Nb＜5.0％，W＜8.0％，Mo＜8.0％，V+Ti＜5.0％，C 4％-6％，Cr 16.0％-35.0％，余量为Fe。
2.根据权利要求1所述耐磨挤压辊的制备方法，其特征在于：所述耐磨柱钉(3)的长度为40mm-60mm，优选45mm-55mm。
3.根据权利要求2所述耐磨挤压辊的制备方法，其特征在于：所述耐磨柱钉(3)的端面高于耐磨层(5)的外环面0-1mm，或耐磨柱钉(3)的端面低于耐磨层(5)的外环面0-1mm。
4.根据权利要求1所述耐磨挤压辊的制备方法，其特征在于：所述耐磨花纹(6)高于耐磨柱钉(3)2-5mm。
5.根据权利要求1-5任意之一所述耐磨挤压辊的制备方法，其特征在于：所述辊轴(1)和辊套基体(2)通过过盈配合或键连接装配在一起。
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