CN1597161A - 硬质合金复合轧辊环的生产方法 - Google Patents

Abstract

该发明属于机械压力加工用硬质合金轧辊环的生产方法，包括制坯体、配制氧化铜——磷酸糊、热复合及常规精加工。该方法由于采用膨胀系数介于硬质合金与钢质材料之间的氧化铜与磷酸的络合物作为无机晶态过渡层，通过中低温复合将两者紧固联结成一体并具有吸震和抗冲击作用；该发明具有复合强度高、扭转剪应力可达40－52MPa，耐急冷急热及耐频繁冲击性强，吸震效果显著，在高温、高速工作状态下不松劲、不变形，以及使用寿命长等特点。克服了背景技术存在的真空焊接温度高、复合辊环存在应力不均、硬质合金外环易早期破坏以及硬焊层碎性大、易碎裂、吸震效果及耐冲击性较差、使用寿命相对较短等弊病。

Description

硬质合金复合轧辊环的生产方法

技术领域

本发明属于金属压力加工工具的生产方法，特别是一种带吸震过渡层的硬质合金复合轧辊环(轧辊)的生产方法。采用该方法生产的轧辊环尤其适合用于金属型材的无切削加工。

背景技术

与轧机配套用于轧制型材的轧辊环属易耗、易损工具，随着金属型材轧制技术的发展、轧制速度的提高、应用领域的扩大，尤其对轧制大规格棒材、线材、管材等，传统的整体式硬质合金辊环因其重量大、加工难度大、废品率高，工作时又易爆辊，加之在使用中的装配、拆卸、修磨极不方便，因而，存在生产和使用成本高、合金资源浪费大等弊病。针对这一弊病，目前较普遍使用的一种轧辊外环(层)采用硬质合金，内层采用韧性较好的高强度钢质材料，内外层之间采用粘结剂粘合成的复合轧辊。专利号ZL00207309.9、发明名称为《复合粘接硬质合金轧辊》及其后续发明专利公开号为CN1389320A、名称为《一种复合粘结硬质合金轧辊的制造工艺》所公开的轧辊即为此种技术。此类采用有机胶将硬质合金环套与芯套(轴)粘结成一体的方式生产的硬质合金复合轧辊，虽然具有工艺较简单，生产成本低等特点，但由于硬质合金外环与钢质(芯轴)热膨胀系数相差一倍左右、结合层粘结强度又低于10MPa且耐高温及耐冲击性差，通常只能在轧制力小、抗扭转剪切应力要求较低的生产条件下使用。针对常规采用粘结法生产硬质合金复合轧辊(环)所存在的缺陷，专利号为ZL00234186.7，名称为《碳化钨复合轧辊结构》的专利文献公开了一种在碳化钨外环与钢质内环之间填充镍、铜、银等合金作硬焊材料并采用真空硬焊接将内外两层焊接成一体。该方法虽然具有焊结强度较高，其焊结层亦具有一定的吸震作用；但由于焊接温度高、复合辊环存在热应力不均，硬质合金外环易早期破坏等弊病；硬焊层碎性大，易碎裂、加之硬焊层厚度(即焊缝间隙)要求在0.05-0.1mm之间，不但操困难、又影响其吸震效果，因而其耐冲击性及使用寿命亦不理想。

发明内容

本发明的目的是根据背景技术存在的缺陷，研究设计一种采用低温热复合工艺的硬质合金复合轧辊环的生产方法，以克服背景技术因硬质合金外环与钢质内环(或芯轴)热膨胀系数差异大、硬焊过渡层韧性较差，耐冲击及吸震效果较差，使用寿命相对较短等弊病，而达到有效提高轧辊环过渡层的扭转剪切应力、吸震及抗冲击性和使用寿命等目的。

本发明的解决方案是采用膨胀系数介于硬质合金外环与钢质内环或芯轴之间，且与两类材质的结合力均强的以氧化铜与磷酸的络合物为主成份的高强度的无机晶态材料作为联结过渡层，并采用中低温复合工艺使硬质合金外环、过渡层及内环或芯轴紧固联结成一体。其原理是当硬质合金、钢材与氧化铜和磷酸混合物在一定温度条件下加热时，氧化铜与磷酸相互作用，形成以CuO为基体，以磷酸氢盐生长的离子键、氢键为结合力的高强度“无机晶态过渡层”，该过渡层即通过扩散渗透、原子置换、表面沉积将其与硬质合金外环及钢质内环或芯轴紧固成一体，从而制得综合性能优异的复合轧辊环坯体。其主要物理化学反应为：

                                     (1)

                                     (2)

所得的坯体经常规精加工即制得目的物复合轧辊环或复合轧辊.因此，本发明方法包括：

A、制坯体：将按常规要求生产的硬质合金外环的内环面及钢质内环或芯轴的外环面上，分别沿轴向及径向加工一组键槽，并将内环或芯轴热处理至硬度达HRC55-60，待用；各键槽的半径为R0.1-4mm，而外环的内环面与内环或芯轴外环面之间的间隙为0.1-2.2mm；

B、配制氧化铜——磷酸糊：按每10ml磷酸溶液加入4-9g CuO的比例，在不高于10℃的低温下，均匀混合，调制成氧化铜——磷酸糊；磷酸的重量百分比浓度≥85％；

C、热复合：将调制好的氧化铜——磷酸糊均匀涂抹于硬质合金外环的内环面和键槽内及内环或芯轴的外环面和键槽内后，再将外环套于内环或芯轴上并相对旋转使其涂层在两者之间均匀分布，然后置于80-400℃温度下热复合8-24小时，冷却后即得复合轧辊环初坯；

D、精加工：将制得的初坯按要求进行常规精加工，便制得可加工不同规格型材的硬质合金复合轧辊环；

上述在80-400℃温度下热复合8-24小时，其复合可采用不同温度段进行，当采用两段加热温度时，首次加热到80-200℃后保温6-14小时，然后升温到300-400℃后，保温2-10小时。而热复合加热方法则采用在硬质合金外环面缠绕带温控装置的电加热带或将其直接套干固定式电加热圈内进行。

本发明所采用的无机晶态过渡层的热膨胀系数为8×10^-6，介于钢质材料11×10^-5与硬质合金5.5×10^-6的热膨胀系数之间，内应力适中；经测试平均扭转剪切应力为40-52MPa，能承受1100-35℃温度范围内的急冷急热及耐冲击频率为170-280HZ的频繁冲击，且在高温、高速工作状态下复合辊不松动、不变形；中轧使用寿命5000T以上，精轧使用寿命2000-3500T。因而具有抗扭转剪切应力及复合强度高，耐急冷急热及耐频繁冲击性强、吸震效果显著，使用寿命长等特点。

附图及附图说明

图1为本发明复合辊环结构示意图；

图2为侧视图。

图中：1.硬质合金外环、1-1.键槽，2.过渡(联结)层，3.内环、3-1.键槽。

实施例1

本实施例以规格为φ285×φ160×95mm硬质合金复合轧辊环为例，其生产方法为：

A、制坯体：a.将牌号为ZY28、规格为φ285×φ160×95mm的硬质合金毛坯的内环面上顺轴向等弧度加工160根半径R1.2mm的键槽1-1，制得硬质合金外环1的坯体，待用；b.将材质为GCr15、规格为φ178.5×φ160×95mm的钢质内环的外环面环形(沿径向)加工30根半径R1.0mm的键槽，经淬火、时效处理至HRC55-60，再经精整加工后，待用。

B、按每10ml磷酸溶液加5g CuO粉的比例调制氧化铜——磷酸糊；磷酸为浓度≥85％的工业纯磷酸，调制时温度控制在5℃左右。

C、热复合：将调制好的氧化铜——磷酸糊分别均匀涂抹于外环1的内环面和键槽1-1内及内环3的外环面及键槽3-1内后，将外环1套于内环3.上，相对左、右旋转至氧化铜——磷酸糊均匀分布于两环体间隙内后，置于内径为φ285mm，最高温度500℃的可调式电加热圈内加热到120℃、保温10小时，再升温至350℃，保温8小时后，冷却至常温。

D、将上述热复合成的坯体按常规要求精加工，即成。

实施例2

本实施例硬质合金外环1、与实施例1同；内环3改为芯轴，该芯轴与外环1、配合处直径仍为φ178.5mm、轴向宽95mm，其上的键槽及氧化铜——磷酸糊的调制、热复合工艺等亦均与实施例1、同。

Claims (3)

1、硬质合金复合轧辊环的生产方法，该方法包括：

A、制坯体：将按常规要求生产的硬质合金外环的内环面及钢质内环或芯轴的外环面上，分别沿轴向及径向加工一组键槽，并将内环或芯轴热处理至硬度达HRC55-60，待用；各键槽的半径为R0.1-4mm，而外环的内环面与内环或芯轴的外环面之间的间隙为0.1-2.2mm；

B、配制氧化铜——磷酸糊：按10ml磷酸溶液加入4-9g CuO的比例，在不高于10℃的低温下均匀混合，调制成氧化铜——磷酸糊；磷酸的重量百分比浓度≥85％；

C、热复合：将调制好的氧化铜——磷酸糊均匀涂抹于硬质合金外环的内环面和键槽内及内环或芯轴的外环面和键槽内后，再将外环套于内环或芯轴上并相对旋转使其涂层在两者之间均匀分布，然后在80-400℃温度下热复合8-24小时，冷却后即得复合轧辊环初坯；

D、精加工：将制得的初坯按要求进行常规精加工，便制得可加工不同规格型材的硬质合金复合轧辊环；

2、按权利要求2所述复合轧辊环的生产方法，所述在80-400℃温度下热复合8-24小时，其复合可采用不同温度段进行，而当采用两段加热温度时，首次加热到80-200℃后保温6-14小时，然后升温到300-400℃后，保温2-10小时。

3、按权利要求1或2所述复合轧辊环的生产方法，其热复合的加热方法，采用在硬质合金外环面缠绕带温控装置的电加热带或将其直接套于固定式电加热圈内进行。

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