用于制造耐磨部件的方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于處理研磨材料的耐磨部件，該部件包括具有至少一個(gè)表面的金屬主體。其特征在于，具有貫穿孔的圖案的金屬樣板被設(shè)置在金屬主體的至少一個(gè)表面上，設(shè)置成覆蓋金屬樣板的至少一部分的蓋罩放置在與金屬樣板相距一定距離處以在蓋罩與金屬樣板之間形成間隙，通過該間隙將適合于燒結(jié)的粉末材料引入金屬樣板中的貫穿孔中，通過燒結(jié)處理將金屬主體、金屬樣板、蓋罩和粉末材料聯(lián)結(jié)在一起。
【專利說明】用于制造耐磨部件的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)耐磨部件的方法，其中金屬主體的至少一個(gè)表面配備耐磨層。根據(jù)該方法，粉末冶金鋼被施加到部件，在經(jīng)過燒結(jié)處理時(shí)獲得耐磨表面。該部件可具有平的或彎曲的表面，并可以用在所有種類的在處理研磨材料時(shí)表面需要受到保護(hù)的應(yīng)用中。該方法可以例如用于在運(yùn)輸研磨材料的傳送裝置中，或在用于粉碎材料的設(shè)備中被暴露于大面積磨損的不同類型工具。本發(fā)明還涉及通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的耐磨部件。
[0002]近年來，尤其是用于粉碎研磨材料的輥?zhàn)游朔浅６嗟淖⒁?，因?yàn)橐阎妮佔(zhàn)踊蛘咴谛阅?、耐久性方面有欠缺，并?或者制造起來非常昂貴。此類輥?zhàn)釉趯＠墨I(xiàn)中是眾所周知的，例如專利US6086003，該專利描述了由兩個(gè)不同的粉末冶金鋼構(gòu)成的耐磨層如何通過燒結(jié)處理施加到用于滾壓機(jī)的輥?zhàn)?。使用粉末冶金鋼的?yōu)勢(shì)在于，由于優(yōu)良的微觀結(jié)構(gòu)和小的良好分布的碳化物，能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的硬相(hard phase)和韌性高的表面。此夕卜，粉末冶金技術(shù)還允許制造出硬相難以或不可能通過其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)的合成物。通過使用第一材料制造出六角形拼塊，將其放置在輥?zhàn)拥谋砻嫔希采w該表面的大部分區(qū)域，將第二材料放置在這些拼塊之間。第一材料具有非常高的碳化物含量因此具有高的耐磨性，而第二材料具有較低的碳化物含量因此具有較高的磨損率以及更高的韌性，g卩，抗裂紋擴(kuò)展性高。這兩種材料的磨損和機(jī)械特性的這種不同確保了獲得自生磨損保護(hù)，以及避免了由于夾雜金屬等而導(dǎo)致表面斷裂。所用的燒結(jié)處理是熱等靜壓(HIP)，其中通過應(yīng)用100bar以上的壓強(qiáng)和1000°C以上的溫度，冶金粉末固結(jié)成百分之一百的密度。鑒于US6086003中的每個(gè)拼塊是通過單獨(dú)的燒結(jié)和壓縮處理制造的，由于每個(gè)拼塊必須一個(gè)接一個(gè)地以相當(dāng)高的精確度放置在輥?zhàn)颖砻嫔希约坝捎谠谧罱K燒結(jié)之前輥?zhàn)拥恼麄€(gè)周面都必須覆蓋以拼塊，因此制造這樣的輥?zhàn)邮欠浅：臅r(shí)的處理。結(jié)果是，制造這樣的輥?zhàn)由婕跋喈?dāng)高的成本。
[0003]本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種制造成本顯著降低的耐磨部件。
[0004]這是通過在介紹中提到的類型的方法獲得的，特征在于，該方法包括以下步驟:
[0005]將金屬樣板設(shè)置在金屬主體的至少一個(gè)表面上，該金屬樣板具有貫穿孔的圖案；
[0006]提供覆蓋金屬樣板的至少一部分的蓋罩，將該蓋罩設(shè)置在與金屬樣板相距一定距離處，以在蓋罩與金屬樣板之間形成間隙；
[0007]通過將適合于燒結(jié)的粉末材料引入到蓋罩與金屬樣板之間的間隙中，將該粉末材料施加到金屬樣板的貫穿孔中；以及
[0008]在燒結(jié)處理中將金屬主體、金屬樣板、蓋罩和粉末材料聯(lián)結(jié)在一起。
[0009]由此可以實(shí)現(xiàn)，能以一種快速、不昂貴而且簡(jiǎn)單的方式用耐磨層覆蓋金屬主體。此夕卜，在涉及耐磨輥?zhàn)拥那闆r下，能以有關(guān)燒結(jié)的單一處理步驟制造這樣的輥?zhàn)樱瑥亩喈?dāng)大地減少了制造所需的時(shí)間，還從而降低了這樣的輥?zhàn)拥某杀尽?br> [0010]優(yōu)選的是，金屬樣板的耐磨性顯著低于經(jīng)燒結(jié)的粉末材料的耐磨性。這樣，金屬樣板可以由耐磨性低的材料制成，并且在制造時(shí)不使用昂貴而耗時(shí)的粉末技術(shù)。由此能夠?qū)崿F(xiàn)，金屬樣板制造起來較容易而且不貴。優(yōu)選的是，金屬樣板由碳鋼，諸如軟鋼或低碳鋼制成。
[0011]優(yōu)選的是，蓋罩至少覆蓋金屬樣板的表面的主要部分，該金屬樣板至少覆蓋金屬主體的主要部分，從而確保表面得到充分的保護(hù)。
[0012]金屬主體與蓋罩之間的距離應(yīng)至少為3毫米，以便留出足夠大的空間用于將粉末材料引入這些部分之間的空間中。
[0013]貫穿孔的尺寸和各個(gè)孔之間的距離取決于待處理的材料的類型和尺寸，以便確保形成必要的自生層，該自生層減少了耐磨部件上的磨損。在部件的操作期間，金屬樣板磨損得比周圍的燒結(jié)粉末材料快很多，因?yàn)榻饘贅影逵善胀ㄌ间摚瑑?yōu)選由軟鋼制成，這種鋼在工作期間相對(duì)于處理的研磨材料耐磨性非常低。當(dāng)金屬樣板被磨損時(shí)在經(jīng)燒結(jié)的粉末材料周圍出現(xiàn)的區(qū)域?qū)⒈谎心ゲ牧咸畛洌撗心ゲ牧显谶@些區(qū)域中相對(duì)于其自身發(fā)生磨損。
[0014]原則上，貫穿孔可以具有任意可以想到的形狀，只要在金屬樣板被磨損時(shí)建立起磨損保護(hù)就可以。例如，孔可以是圓形的、正方形的或六邊形結(jié)構(gòu)的，定位成彼此間隔的距離相等或者彼此間隔的距離不同。該孔可以通過激光切割來提供，激光切割是一種快速而精確的方法。沖壓出孔也是一種選擇，尤其是在大量生產(chǎn)的情況下。優(yōu)選的是，該孔覆蓋金屬樣板表面面積的至少百分之六十，以便確保有利的磨損保護(hù)。
[0015]優(yōu)選的是，燒結(jié)是通過熱等靜壓(HIP)處理來執(zhí)行的，因?yàn)檫@種處理確保了粉末材料的卓越的耐磨性，還確保了金屬主體、金屬樣板、蓋罩和粉末材料之間的穩(wěn)固的聯(lián)結(jié)。在金屬主體與金屬樣板之間的緩沖層可用于獲得更強(qiáng)的聯(lián)結(jié)，和/或獲得可以分別用于金屬主體和金屬樣板的更多種合金。
[0016]待燒結(jié)的粉末材料是粉末冶金鋼，其可以與諸如碳化物、氮化物、氧化物、硼化物或硅化物的難熔顆粒相混合，以獲得非常高的耐磨性。
[0017]以下，將相對(duì)于用于在滾壓機(jī)、輥式粉碎機(jī)或類似設(shè)備中使用的耐磨輥?zhàn)泳唧w描述本發(fā)明。在這樣的機(jī)器中，諸如原礦石、水泥生料或水泥熟料的典型微粒材料被處理。
[0018]現(xiàn)在將參考示意性的附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖中:
[0019]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的耐磨輥?zhàn)拥娜S視圖。
[0020]圖2示出了圖1中所示的輥?zhàn)拥钠室晥D，以及
[0021]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的用于耐磨層的布局的兩個(gè)不同實(shí)施例。
[0022]圖1示出了通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的耐磨輥?zhàn)覫的三維視圖。管形的金屬樣板3和管形金屬蓋罩4圍繞圓柱形金屬主體2同心布置。這種金屬主體2可以是管形的，如圖2所示。管形金屬樣板3的外徑小于管形蓋罩4的內(nèi)徑，從而在這兩部分之間形成間隙7。間隙7的徑向?qū)挾缺仨毚蟮阶阋栽诜勰┎牧?被引入到間隙7中時(shí)允許粉末材料6沿圓柱形金屬主體2的軸向方向流動(dòng)。設(shè)置在金屬主體2與金屬樣板3之間的緩沖層8是可選的，但可用于增強(qiáng)各部分之間的聯(lián)結(jié)。
[0023]圖2示出了穿過包含圖1中所示的輥?zhàn)拥闹行木€的垂直平面的剖視圖。金屬樣板3由鋼片制成，多個(gè)孔5形成的圖案切割到該鋼片中，之后該鋼片被熱軋或冷軋(根據(jù)鋼片厚度)形成管形金屬樣板3。粉末材料6是粉末冶金鋼，其被引入到金屬樣板3與蓋罩4之間的間隙7中以填充金屬樣板3中的孔5?？?和間隙7均將填充以粉末材料6。在間隙7每個(gè)端部的端部止擋(未示出)將確保在燒結(jié)處理之前或期間粉末材料6被保持在適當(dāng)位置。在孔5填充以粉末材料6之后，整個(gè)組件經(jīng)歷排氣，然后該組件受到燒結(jié)處理，優(yōu)選的為熱等靜壓處理(HIP)，其中金屬主體2、金屬樣板3、蓋罩4和粉末材料6聯(lián)結(jié)在一起。
[0024]在耐磨輥?zhàn)覫的工作期間，蓋罩4將被相當(dāng)快地磨損，因?yàn)槠溆赡湍バ苑浅５偷牟牧现瞥伞４送?，金屬樣?由與燒結(jié)的粉末材料6相比耐磨性低很多的材料制成，這會(huì)導(dǎo)致將形成圍繞燒結(jié)的粉末材料6的槽。這些槽實(shí)際上將填充以粉碎的材料的細(xì)顆粒。細(xì)顆粒被壓縮在在表面上實(shí)現(xiàn)有效保持力(retent1n)的槽中。因此，建立起自生磨損保護(hù)，因?yàn)榉鬯榈牟牧蠒?huì)相對(duì)于槽中的細(xì)顆粒磨損。由于有利的燒結(jié)粉末材料布局增強(qiáng)了自生層的形成，以有益的方式布置金屬樣板3中的孔5是很重要的。自生效果減少了輥?zhàn)拥倪M(jìn)一步的磨損，還有助于提高生產(chǎn)量，因?yàn)榇幚淼牟牧吓c槽中的材料之間的摩擦力增大。因此耐磨輥?zhàn)覫的表面的最佳紋理對(duì)于操作具有相當(dāng)大的好處，因?yàn)槠鋵?duì)于減少磨損和提高產(chǎn)量都很重要。
[0025]圖3示出了用于耐磨層的布局的兩個(gè)不同實(shí)施例。在不同類型金屬樣板3中兩個(gè)所示部分的孔5分別是圓形的和六邊形的，也可以具有其他形狀。形成燒結(jié)粉末材料6的高度耐磨區(qū)的孔5的形狀，和孔5之間的距離取決于待處理的材料的類型和尺寸，以便確保所需的自生層的形成，該自生層減少了耐磨輥?zhàn)由系哪p。通常，孔5覆蓋金屬樣板3表面面積超過百分之六十。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造耐磨部件(I)的方法，其中金屬主體(2)的至少一個(gè)表面配備有耐磨層，該方法的特征在于，該方法包括以下步驟: 將金屬樣板(3)設(shè)置在所述金屬主體(2)的所述至少一個(gè)表面上，該金屬樣板(3)具有貫穿孔(5)的圖案； 提供覆蓋所述金屬樣板(3)的至少一部分的蓋罩(4)，將該蓋罩(4)設(shè)置在與所述金屬樣板相距一定距離處，以在所述蓋罩(4)與所述金屬樣板(3)之間形成間隙(7); 通過將適合于燒結(jié)的粉末材料(6)引入到所述蓋罩(4)與所述金屬樣板(3)之間的間隙⑵中，將該粉末材料(6)施加到所述金屬樣板的貫穿孔(5)中；以及 在燒結(jié)處理中將所述金屬主體(2)、所述金屬樣板(3)、所述蓋罩(4)和所述粉末材料(6)聯(lián)結(jié)在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬樣板(3)的耐磨性低于所述金屬粉末(6)在所述燒結(jié)處理之后的耐磨性。
3.如任意前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述金屬樣板(3)是由低碳鋼制成的。
4.如任意前述權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述燒結(jié)處理是熱等靜壓處理。
5.用于處理研磨材料的耐磨部件(I)，其包括具有至少一個(gè)表面的金屬主體(2)，其特征在于，具有貫穿孔(5)的圖案的金屬樣板(3)設(shè)置在所述金屬主體(2)的所述至少一個(gè)表面上，以及設(shè)置成覆蓋所述金屬樣板(3)的至少一部分的蓋罩(4)設(shè)置成與所述金屬樣板(3)相距一距離，以在所述蓋罩(4)與所述金屬樣板(3)之間形成間隙(7)，以及通過該間隙⑵將適合于燒結(jié)的粉末材料(6)引入到所述金屬樣板(3)中的貫穿孔(5)中，以及通過燒結(jié)處理將所述金屬主體(2)、所述金屬樣板(3)、所述蓋罩(4)和所述粉末材料(6)聯(lián)結(jié)在一起。
6.如權(quán)利要求5所述的耐磨部件，其特征在于，所述金屬樣板(3)與所述金屬主體(2)之間的距離至少為3毫米。
7.如權(quán)利要求5或6所述的耐磨部件，其特征在于，所述貫穿孔(5)覆蓋所述金屬樣板(3)的表面面積的至少百分之六十。
8.如權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的耐磨部件，其特征在于，所述金屬主體(2)是圓柱形輥?zhàn)又黧w。
【文檔編號(hào)】B22F3/15GK104520032SQ201380040662
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】B.卡拉孔納馬爾, D.D.奧爾森, R.斯瓦米納坦, U.瓦格 申請(qǐng)人:Fl史密斯公司