專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于高速線材軋制生產(chǎn)線上的精軋機(jī)組用輥環(huán)及其制造工藝，屬于硬質(zhì)合金粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的原生輥環(huán)如圖1所示，由使用單位根據(jù)生產(chǎn)需要在其輥環(huán)外圓上開(kāi)出軋制線材用槽后，安裝在精軋機(jī)組(十幾個(gè)架次)上成對(duì)使用。在生產(chǎn)中由于高溫、高速和高壓造成輥環(huán)磨損，輥環(huán)要經(jīng)常下線修磨槽形和外徑，當(dāng)其外徑修磨到規(guī)定尺寸時(shí)(修磨十幾次，重量減少約30％。連續(xù)壽命約60天)便下線報(bào)廢，見(jiàn)附圖2，圖2中的A部分表示經(jīng)多次修磨損耗去的部分。從工作性質(zhì)可見(jiàn)1件輥環(huán)應(yīng)由兩部分組成1、損耗去的部分即工作層，要求其硬度高、耐磨性好、軋制量大。2、報(bào)廢的部分即基體，要求其韌性好、強(qiáng)度高、不碎裂。
現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的輥環(huán)是由單一成份的常規(guī)硬質(zhì)合金材料燒結(jié)而成，是整體式結(jié)構(gòu)。其制造工藝是合金粉料摻入成型劑充分混合后→模壓成型→冷等靜壓(壓力達(dá)200MPa)→加熱真空去除成型劑→真空燒結(jié)(功率約100KW，保溫約90min)→熱等靜壓(壓力100MPa，總功率約120KW，保溫約60min)→磨削加工→成品。
上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處在于1、現(xiàn)有的一件輥環(huán)只能用同一成份牌號(hào)的合金粉料加工成型，在設(shè)計(jì)其成份牌號(hào)時(shí)，滿足了基體的強(qiáng)度、韌性要求，即首先保證工作中不出現(xiàn)碎輥、裂輥等現(xiàn)象，就不易保證工作層硬度、耐磨性的要求，盡管現(xiàn)有輥環(huán)為不同架次生產(chǎn)了不同牌號(hào)的輥環(huán)，但因上述原因，現(xiàn)有輥環(huán)還是不能加大工作層的硬度做到內(nèi)柔外剛。2、現(xiàn)有的工藝技術(shù)由于工藝方法的局限，不能使報(bào)廢后的輥環(huán)實(shí)現(xiàn)再生利用。3、現(xiàn)有的輥環(huán)生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，加熱工序多，成型壓力很高，保溫時(shí)間長(zhǎng)，因此能耗較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有輥環(huán)不能很好滿足工作層的硬度、耐磨性要求和現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝不能使報(bào)廢的輥環(huán)實(shí)現(xiàn)再生利用的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)及其制造方法，該高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)能實(shí)現(xiàn)內(nèi)柔外剛，即讓工作層的材料硬度、密度及耐磨性高于基體，從而提高輥環(huán)的軋制量和使用壽命。該制造方法還可以使報(bào)廢的輥環(huán)得到復(fù)合再生利用，節(jié)約大量貴重金屬和能耗。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)，在其輥環(huán)體外圓上開(kāi)有軋制線材用槽。所述的輥環(huán)體是由工作層和基體兩部分組成的復(fù)合式結(jié)構(gòu)；工作層與基體材料牌號(hào)不相同。該工作層為一環(huán)形體，復(fù)合在基體的外圓上，工作層與基體復(fù)合燒結(jié)成為一體。所述的高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的環(huán)體尺寸與原生輥環(huán)尺寸相同。
所述的復(fù)合工作層可采用硬度和密度高于輥環(huán)基體1-2個(gè)牌號(hào)的常規(guī)硬質(zhì)合金材料與基體復(fù)合燒結(jié)為一體。
所述的復(fù)合工作層可采用0.5-1μm的亞微或小于0.5μm的納米級(jí)硬質(zhì)合金材料與基體復(fù)合燒結(jié)為一體，工作層的硬度和強(qiáng)度比輥環(huán)基體分別高100％和60％。
所述的復(fù)合輥環(huán)基體可用中頻液壓振動(dòng)燒結(jié)及磨削加工工藝方法獲得。也可利用報(bào)廢的舊輥環(huán)做為復(fù)合輥環(huán)基體。
一種專(zhuān)用于制造上述高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的工藝方法，該方法包括以下的工藝步驟(1)將復(fù)合輥環(huán)基體與工作層的不摻成型劑的硬質(zhì)合金粉料同時(shí)裝入石墨模具中進(jìn)行振動(dòng)、加蓋、壓實(shí)。硬質(zhì)合金粉料可選用高于基體硬度和密度1-2個(gè)牌號(hào)的常規(guī)硬質(zhì)合金粉料，也可選用性能更好的亞微和納米級(jí)硬質(zhì)合金材料。合金粉料將形成復(fù)合輥環(huán)的工作層和磨削加工層。用不摻成型劑的合金粉料的目的是與基體良好結(jié)合，同時(shí)省去脫除成型劑的工序，又減少了因成型劑引發(fā)材料缺陷的可能。
(2)再放入專(zhuān)用的中頻液壓振動(dòng)燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行升溫、加壓、振動(dòng)燒結(jié)，該壓力振動(dòng)液相燒結(jié)工序的溫度為1380℃，壓力3MPa，保溫時(shí)間10分鐘，使工作層與基體燒結(jié)為一體。
(3)燒結(jié)完成后，待工件降溫至600℃以下，取出工件，檢查毛坯復(fù)合輥環(huán)，合格后再放入專(zhuān)用的電阻氬氣燒結(jié)爐中進(jìn)行二次正壓液相燒結(jié)，升溫至1300℃-1400℃，(根據(jù)工作層材料不同選擇)當(dāng)達(dá)到燒結(jié)溫度時(shí)，壓力調(diào)至8MPa，保溫30分鐘后，停機(jī)隨爐冷卻。此工序是為了進(jìn)一步提高毛坯復(fù)合輥環(huán)的密度，消除輥環(huán)材料中可能存在的孔隙等缺陷。
(4)當(dāng)爐溫低于400℃時(shí)，工件出爐冷卻，經(jīng)檢驗(yàn)合格后對(duì)輥環(huán)平面、內(nèi)孔和外圓進(jìn)行磨削加工，即制成高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)。
所述的復(fù)合輥環(huán)基體可用中頻液壓振動(dòng)燒結(jié)及磨削加工工藝方法獲得。也可利用報(bào)廢的舊輥環(huán)做為基體。
本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)中的基體部分可由以下工藝步驟獲得(1)將不摻成型劑的2-4μm的常規(guī)硬質(zhì)合金粉末裝入石墨模具中振動(dòng)、加蓋、壓實(shí)。壓力3MPa；(2)進(jìn)行中頻液壓振動(dòng)液相燒結(jié)，溫度為1380℃，壓力3MPa，保溫60分鐘，冷卻后出爐；(3)磨削加工平面、內(nèi)孔和外圓后成為基體部分。
本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的基體部分還可利用報(bào)廢的舊輥環(huán)，經(jīng)表面凈化處理后與工作層進(jìn)行復(fù)合燒結(jié)，從而使報(bào)廢輥環(huán)得到再生利用。
本發(fā)明的有益效果是1.雙層復(fù)合式結(jié)構(gòu)，更科學(xué)合理，符合輥環(huán)工作性質(zhì)本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于①高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)為復(fù)合式結(jié)構(gòu)，是由工作層和基體兩部分組成。②高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的工作層、基體是由成份、牌號(hào)不同的硬質(zhì)合金材料復(fù)合而成。③一種專(zhuān)用于制造高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的工藝方法。與現(xiàn)有技術(shù)一件輥環(huán)的工作層和基體部分由成份、牌號(hào)完全相同的材料組成的整體式輥環(huán)相比，本發(fā)明將現(xiàn)有的整體輥環(huán)從結(jié)構(gòu)上分為基體部分和工作層部分，并且工作層的材料硬度和耐磨性均高于基體部分，因而可以提高輥環(huán)的軋制量和使用壽命。同時(shí)基體部分又保證不發(fā)生碎輥、裂輥現(xiàn)象，達(dá)到內(nèi)柔外剛的效果。
2.本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)具有更好的使用性能本發(fā)明兩種不同材料牌號(hào)構(gòu)成的高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)比現(xiàn)有的單一材料牌號(hào)的原生輥環(huán)具有更好的使用性能，更具有明顯優(yōu)勢(shì)，可提高軋制量30％以上。原生輥環(huán)為保證不碎輥、不裂輥，一般硬度最高只能達(dá)到86HRA，密度最高達(dá)到14.1g/cm3。而本發(fā)明的高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)，在保證基體部分強(qiáng)度不變的情況下，可使工作層硬度達(dá)到88HRA，密度達(dá)到14.9g/m3以上，從而使耐磨性明顯提高。
3.本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)具有更為優(yōu)越的材料性能本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的工作層可采用亞微和納米級(jí)硬質(zhì)合金，與常規(guī)牌號(hào)的硬質(zhì)合金相比具有更高的硬度、耐磨性和強(qiáng)度。硬度可達(dá)HV301980，提高近一倍。強(qiáng)度可達(dá)3700MPa，提高近60％，因此具有更為優(yōu)越的材料性能，燒結(jié)后可以得到?jīng)]有孔隙的顯微組織，應(yīng)是今后輥環(huán)的發(fā)展方向。
4.使高線大量的報(bào)廢輥環(huán)得以再生利用，節(jié)約大量的貴重金屬資源本發(fā)明可用報(bào)廢輥環(huán)作為復(fù)合輥環(huán)的基體部分，從而使大量的報(bào)廢輥環(huán)得到再生利用，可節(jié)約大量的鎢、鈷類(lèi)貴重金屬資源，與現(xiàn)有輥環(huán)相比可降低制造成本30％。目前，我國(guó)在線和在建的高速線材生產(chǎn)線約有100多條，每年下線報(bào)廢的硬質(zhì)合金輥環(huán)達(dá)26000余件，按新輥環(huán)價(jià)值計(jì)算達(dá)3.6億元。報(bào)廢輥環(huán)重量達(dá)450噸左右，造成了大量的鎢、鈷類(lèi)貴重金屬資源的浪費(fèi)。采用本發(fā)明技術(shù)后，可使這些報(bào)廢輥環(huán)再生利用，每年可創(chuàng)產(chǎn)值約2.5億元，利稅7500萬(wàn)元，新增就業(yè)崗位2000余個(gè)，可為高線生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約輥環(huán)備件費(fèi)用1.1億元，再生利用的貴金屬價(jià)值達(dá)1.6億元。
5.本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，耗能低本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，省去了模壓成型、冷等靜壓和加熱烘干成型劑等工序。所用專(zhuān)用設(shè)備功率小，燒結(jié)壓力低，只有現(xiàn)有的原生輥環(huán)燒結(jié)壓力的1/25，保溫時(shí)間短，只有原生輥環(huán)的1/3，與原生輥環(huán)生產(chǎn)工藝相比較，可節(jié)省用電消耗50％以上。每生產(chǎn)一件輥環(huán)，本發(fā)明的復(fù)合再生工藝可比現(xiàn)有的原生輥環(huán)生產(chǎn)工藝節(jié)電約400KWh，若每年報(bào)廢輥環(huán)全部采用本發(fā)明方法進(jìn)行復(fù)合再生，則每年可節(jié)電約1000萬(wàn)KWh。節(jié)能效果顯著。


圖1是現(xiàn)有的原生輥環(huán)縱向剖視2是使用到尺寸后下線的報(bào)廢輥環(huán)縱向剖視3是本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的縱向剖視4是本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的制造工藝流程圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明圖3所示為本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的一個(gè)實(shí)施例，圖中B表示復(fù)合工作層，C表示復(fù)合輥環(huán)的基體部分。工件規(guī)格為Φ228.3mm，工作層B采用硬度為87HRA，密度為14.3/cm3的碳化鎢硬質(zhì)合金粉料，而輥環(huán)基體C的碳化鎢硬質(zhì)合金材料硬度為85HRA，密度13.9g/cm3用該雙牌號(hào)材料經(jīng)復(fù)合工藝燒結(jié)成一體，再經(jīng)磨削加工成為復(fù)合輥環(huán)成品。再如，工件規(guī)格為Φ168.66mm，輥環(huán)基體碳化鎢硬質(zhì)合金材料硬度為85HRA，密度13.9g/cm3，工作層碳化鎢硬質(zhì)合金材料硬度為88HRA，密度達(dá)14.9g/cm3，經(jīng)復(fù)合工藝制成工作層與基體相差兩個(gè)牌號(hào)的復(fù)合輥環(huán)，再經(jīng)磨削加工成為復(fù)合輥環(huán)成品。
本發(fā)明高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)制造方法的實(shí)施例如下請(qǐng)參見(jiàn)圖4所示，本實(shí)施例是利用報(bào)廢后的舊輥環(huán)為基體，經(jīng)表面凈化處理后與不摻成型劑的碳化鎢硬質(zhì)合金粉料同時(shí)裝入石墨模具，裝有粉料和報(bào)廢輥環(huán)的模具經(jīng)振動(dòng)裝實(shí)后加蓋一同裝入專(zhuān)用的功率為100千瓦的中頻液壓振動(dòng)燒結(jié)機(jī)中，進(jìn)行升溫、加壓、振動(dòng)液相燒結(jié)，溫度升至1380℃，壓力3MPa，保溫10分鐘。燒結(jié)完成后待工件降溫至600℃以下，取出工件，檢查燒結(jié)為一體的毛坯輥環(huán)，檢查合格后，再放入專(zhuān)用的電阻氬氣燒結(jié)爐中，進(jìn)行二次提高密度的正壓液相燒結(jié)，每爐放置兩件，然后升溫、加壓，當(dāng)達(dá)到燒結(jié)溫度時(shí)1400℃，壓力調(diào)至8MPa，保溫30分鐘后停機(jī)隨爐冷卻。當(dāng)爐溫低于400℃時(shí)，工件出爐冷卻。檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行磨削機(jī)加工。對(duì)內(nèi)孔、端面、外圓按圖紙要求磨到尺寸和精度。檢查合格后，即為復(fù)合再生輥環(huán)。本發(fā)明可使一件輥環(huán)得到兩次復(fù)合再生。
本發(fā)明適用于最終軋制線速達(dá)每秒一百多米的復(fù)合高線輥環(huán)，軋制線材(鋼筋)。
權(quán)利要求
1.一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)，在其輥環(huán)體外圓上開(kāi)有軋制線材用槽，其特征在于所述的復(fù)合輥環(huán)體包括輥環(huán)基體及與該輥環(huán)基體的材料牌號(hào)不同的復(fù)合工作層，該復(fù)合工作層為一環(huán)形體，復(fù)合在輥環(huán)基體的外圓上，輥環(huán)基體與復(fù)合工作層經(jīng)燒結(jié)而成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)，其特征在于所述的復(fù)合工作層的材料硬度和密度均高于輥環(huán)基體1-2牌號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)，其特征在于所述的復(fù)合工作層采用0.5-1μm的亞微或小于0.5μm的納米級(jí)硬質(zhì)合金材料與基體燒結(jié)為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)，其特征在于所述的復(fù)合輥環(huán)的環(huán)體尺寸與原生輥環(huán)的尺寸相同。
5.一種專(zhuān)用于制造權(quán)利要求1所述的一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的方法，其特征在于該方法包括以下的工藝步驟(1)將復(fù)合輥環(huán)基體與硬質(zhì)合金粉料同時(shí)裝入石墨模具中進(jìn)行振動(dòng)、壓實(shí)；(2)再放入專(zhuān)用的中頻液壓振動(dòng)燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行升溫，加壓、振動(dòng)燒結(jié)，該壓力振動(dòng)液相燒結(jié)工序的溫度為1380℃，壓力3MPa，保溫10分鐘；(3)燒結(jié)完成后，待工件降溫至600℃以下，取出工件，檢查已燒結(jié)為一體的毛坯輥環(huán)，合格后再放入專(zhuān)用的電阻氬氣燒結(jié)爐中進(jìn)行二次正壓液相燒結(jié)，根據(jù)工作層材料不同升溫至1300℃-1400℃，當(dāng)達(dá)到燒結(jié)溫度時(shí)，壓力調(diào)至8MPa，保溫30分鐘，停機(jī)隨爐冷卻；(4)當(dāng)爐溫低于400℃時(shí)，工件出爐冷卻，經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行磨削加工，即制成高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的制造方法，其特征在于所述的輥環(huán)基體部分可由以下工藝步驟獲得(1)將不摻成型劑2-4μm的常規(guī)硬質(zhì)合金粉末裝入石墨模具中振實(shí)；(2)進(jìn)行中頻液壓振動(dòng)燒結(jié)，溫度為1380℃，壓力3MPa，保溫60分鐘；(3)磨削加工后成為基體部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)的制造方法，其特征在于所述的輥環(huán)基體部分可利用報(bào)廢的舊輥環(huán)，經(jīng)表面凈化處理后獲得，與工作層燒結(jié)成為一體。
全文摘要
一種高線硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)，其輥環(huán)體包括輥環(huán)基體及與該輥環(huán)基體的材料牌號(hào)不相同的復(fù)合工作層，輥環(huán)基體及復(fù)合工作層經(jīng)燒結(jié)而成一體。制造該高線復(fù)合輥環(huán)的工藝為將輥環(huán)基體與不摻成型劑的硬質(zhì)合金粉料同時(shí)裝入石墨模具，經(jīng)振動(dòng)裝實(shí)后一同裝入專(zhuān)用的中頻液壓振動(dòng)燒結(jié)機(jī)中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，再進(jìn)行二次正壓燒結(jié)，檢驗(yàn)合格后經(jīng)磨削加工，制成成品。本發(fā)明可提高輥環(huán)工作層硬度及耐磨性，提高輥環(huán)的軋制量和使用壽命，可使高線大量的報(bào)廢輥環(huán)得以再生利用，節(jié)約大量的貴重金屬資源。適用于最終軋制速度達(dá)每秒一百多米的高速線材生產(chǎn)線上精軋機(jī)組軋制線材、鋼筋等。
文檔編號(hào)B22F7/02GK1843644SQ200610078660
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月30日
發(fā)明者吳峻 申請(qǐng)人:宣化盛龍冶金設(shè)備制造廠, 吳峻, 張中偉