專利名稱：含有燒結(jié)硬質(zhì)合金和鑄鐵的軋輥及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過離心鑄造方法將一個(gè)或幾個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)鑄入以鐵為基的，較佳為以鑄鐵為基的鑄造合金。生成的產(chǎn)物是僅為一塊制成的，在燒結(jié)硬質(zhì)合金和鑄鐵之間具有冶金結(jié)合的復(fù)合軋輥。
用于熱軋或冷軋的含有燒結(jié)硬質(zhì)合金的復(fù)合軋輥包括用各種連接器和鎖定裝置連接在(驅(qū)動(dòng))軸上的一個(gè)或幾個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)。從驅(qū)動(dòng)軸將轉(zhuǎn)距傳送至燒結(jié)硬質(zhì)合金軋輥的一種方法是使用完全用燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)制成的鍵槽或其它傳動(dòng)凹槽或傳動(dòng)凸塊。但是，燒結(jié)硬質(zhì)合金是一種如象在上述轉(zhuǎn)距傳送裝置內(nèi)拐角中具有限定抗拉強(qiáng)度和特定缺口敏感性的脆性材料，基于這些常規(guī)連接方法已不能滿意地工作。傳送轉(zhuǎn)距的另一種方法是借助燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)內(nèi)表面處的摩擦力。然而，在這一表面上的徑向力導(dǎo)致燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)中的切線拉應(yīng)力的增加，并在其內(nèi)徑處具有最大值。這些拉伸應(yīng)力添加到軋輥在使用時(shí)產(chǎn)生的其它拉伸應(yīng)力中。
通過將鐵的合金的外殼鑄在燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)上，得到用于熱軋或冷軋的復(fù)合軋輥，其中傳送轉(zhuǎn)距所需的裝置可以設(shè)置在鑄鐵上，例如參看瑞典專利NO.7010170-5(公開號(hào)371114)。但這決不是一個(gè)簡單問題。由于在冷卻期間外殼的收縮比燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)大，產(chǎn)生燒結(jié)硬質(zhì)合金上向內(nèi)部方向的力，導(dǎo)致在燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)外表面的軸向拉伸應(yīng)力，這些應(yīng)力垂直作用于軋制期間軋輥表面產(chǎn)生的微裂紋。在這些拉伸應(yīng)力的影響下，微裂紋的深度擴(kuò)展，可能造成軋輥斷裂或需要大量的整修，結(jié)果限制了軋輥的總軋制能力。
在瑞典專利申請NO.8804503-4中公開了對這一問題的一種解決方案，按照該申請，將一個(gè)或幾個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)鑄入鐵的合金的外殼中，其中鑄造合金主要包括石墨鑄鐵，該鑄鐵在鑄造后含有組織成份的殘余奧氏體，較佳為15-20%(重量)，為了減少或完全消除由于鑄造后冷卻引起的鑄鐵和燒結(jié)硬質(zhì)合金之間的局部收縮，在體積增加的情況下在隨后的一次或幾次熱處理步驟時(shí)將奧氏體全部或部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕秦愂象w。
上述專利申請的方法僅可以先制備軋輥環(huán)，而后通過在驅(qū)動(dòng)軸上的連接器和鎖定裝置將這些環(huán)組合成完整的軋輥。即使用于傳送轉(zhuǎn)距必需的連接器是用鑄鐵部件制成的，但仍有尺寸的限制，從而是對傳送轉(zhuǎn)距的一種限制。此外，軋輥的耐磨表面(輥身)在尺寸上是受限制的。按照上述方法或其它現(xiàn)有的，通過某種類型的轉(zhuǎn)距傳送連接器操作的燒結(jié)硬質(zhì)合金系統(tǒng)，由于所需的連接器和鎖定裝置的空間，人們不能完全自由的在輥身上設(shè)置燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)。從而欲用于軋制的表面顯著地受到限制。
離心鑄造是制備通常旋轉(zhuǎn)對稱體的公知技術(shù)。該技術(shù)利用旋轉(zhuǎn)圓柱鑄模所達(dá)到的離心力，將熔融金屬拋向鑄模壁，在該處，金屬在壓力下固化成所需的形狀。該技術(shù)通常用于制備管子、內(nèi)襯、軸襯等，但也用于制備軋輥。例如，由瑞典專利申請NO.8603987-2已知一種用于熱軋機(jī)或冷軋機(jī)的復(fù)合軋輥，該軋輥具有離心鑄造外耐磨層或高合金鑄鋼的外殼和蠕蟲狀石墨鑄鐵、球墨鑄鐵或普通鑄鋼的芯。
按照本發(fā)明，現(xiàn)在借助于離心鑄造提供了僅以一塊制成的復(fù)合軋輥，該軋輥在燒結(jié)硬質(zhì)合金和鑄鐵之間具有冶金連接，此處的輥身可以按照實(shí)際軋制條件和需要裝備一個(gè)或幾個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)。這一設(shè)計(jì)上的自由度只能通過本發(fā)明才能達(dá)到。


圖1、2和3示出了某些可供選擇的實(shí)施方案。圖1示出了一種球墨鑄鐵(1)的軋輥，其中鑄入一個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)(2)。
圖2示出了一種球墨鑄鐵(1)的軋輥，其中鑄入了四個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)(2)。
圖3示出了一種軋輥，該軋輥具有四個(gè)鑄在球墨鑄鐵(1)中的燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)(2)，并具有另一材料的芯和軸頸。
在型砂中的燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)或多個(gè)環(huán)的造型必須以這樣的方式制得，使得熔融鑄鐵不要到達(dá)燒結(jié)硬質(zhì)合金的外表面。這是本發(fā)明可以證實(shí)的。
燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)(或多個(gè)環(huán))的外表面構(gòu)成了所制得的復(fù)合軋輥的輥身。根據(jù)專利申請NO.8804503-4的現(xiàn)有技術(shù)制備鑄入軋輥環(huán)的經(jīng)驗(yàn)表明，滲入燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)外表面的少量熔融鑄鐵造成在滲入表面下燒結(jié)硬質(zhì)合金的表面質(zhì)量惡化。通過機(jī)械切削一或幾毫米燒結(jié)硬質(zhì)合金的外表面，可以消除這一表面惡化。為了順利地制備本發(fā)明的復(fù)合軋輥，必須避免上述的這種滲入，而且這也是可能的。
為了達(dá)到燒結(jié)硬質(zhì)合金和鑄鐵之間最佳的冶金結(jié)合，必須在槽中使用高度過熱的鐵，結(jié)合加以控制的鑄模填充物的量和預(yù)定的旋轉(zhuǎn)速度，以達(dá)到燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)部分(該部分不是在型砂中造型的)表面層的均衡加熱和熔化，即該部分與鑄鐵冶金結(jié)合。
本發(fā)明的復(fù)合軋輥在經(jīng)過必要的熱處理和機(jī)械加工成最終形狀和尺寸以后，包括一個(gè)完整的軋輥或軋輥環(huán)。這一復(fù)合軋輥消除了如上所述的，現(xiàn)有燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)欲可靠地將轉(zhuǎn)距由驅(qū)動(dòng)軸傳送至燒結(jié)硬質(zhì)合金部分的困難。
按照本發(fā)明，燒結(jié)硬質(zhì)合金被鑄入具有被調(diào)節(jié)至瑞典專利NO.8601289-7(公開號(hào)399911)所述碳當(dāng)量(Ceqv.)組分的基本上的石墨鑄鐵。還要考慮到對燒結(jié)硬質(zhì)合金為最佳的冶金結(jié)合、其強(qiáng)度、韌性和硬度、轉(zhuǎn)距傳送的全部需要。以及機(jī)加工性能來選擇鑄鐵的組分。通過添加鐵-硅-鎂和/或鎳-鎂，使該鑄造合金鎂含量為0.02-0.10%，較佳為0.04-0.07%(重量)。通過用鐵-硅孕育處理，使該鑄鐵的硅含量為1.9-2.8%，較佳為2.1-2.5%(重量)。由此得到具有分散的球狀石墨的球墨鑄鐵。這一球墨鑄鐵對應(yīng)用而言具有良好平衡的硬度-韌性-強(qiáng)度。在熱處理?xiàng)l件下布氏硬度為250-300。此外，該鑄鐵將因奧氏體生成合金化成份而被合金化。較佳為含鎳量3-10%，更佳為4-8%(重量)，結(jié)果形成一定量的殘余奧氏體，即在鑄造后為5-30%，較佳為10-25%，或更佳為15-20%(重量)。通過一個(gè)或數(shù)個(gè)步驟的熱處理，可在體積增加的情況下，將適當(dāng)量的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成其它組織成份，例如貝氏體?？梢赃@樣調(diào)節(jié)體積增加，即使得從鑄造溫度起的冷卻期間復(fù)合軋輥中發(fā)生的各種收縮可以全部或部分被消除。針對燒結(jié)硬質(zhì)合金的等級(jí)、鑄鐵的組分以及軋輥的應(yīng)用調(diào)整這一熱處理的方法。熱處理包括加熱至并保持在溫度800-1000℃，冷卻至并保持在溫度400-550℃，再冷卻至室溫。
在一種可供選擇的實(shí)施方案中，軋輥包括一個(gè)(或多個(gè))硬質(zhì)合金環(huán)和僅是上述鑄鐵的外殼，而軋輥芯和輥頸是通過離心或靜態(tài)鑄造由另一鑄造合金鑄得的。
在另一可供選擇的實(shí)施方案中，軋輥包含僅鑄進(jìn)環(huán)形外殼的一個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)(或多個(gè)環(huán))。
按照本發(fā)明，還提供了一種熱軋或冷軋用的，完整的，燒結(jié)硬質(zhì)合金裝備的軋輥制造方法。按照該方法，將至少一個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)放置在離心鑄造設(shè)備的鑄模中，在燒結(jié)硬質(zhì)合金和鑄鐵之間在環(huán)的內(nèi)孔表面及其側(cè)表面自由地形成接觸。旋轉(zhuǎn)該鑄模并當(dāng)達(dá)到適當(dāng)速度時(shí)，將具有上述組分和合適溫度的熔融鑄鐵向下排入旋轉(zhuǎn)鑄模中，這時(shí)熔融鐵被拋向鑄模壁并在壓力下固化。在冷卻至室溫后，將軋輥清理，然后按上述進(jìn)行熱處理。
按照一種可供選擇的方法，將一個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)(或多個(gè)環(huán))鑄入僅由上述鑄鐵構(gòu)成的外殼，然后通過離心或靜態(tài)鑄造由另一鑄造合金鑄造芯和輥頸。
按照另一可供選擇的實(shí)施方案，通過離心鑄造將燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)僅鑄入環(huán)狀外殼。
實(shí)施例將一種含有組分70%碳化鎢(WC)、13%鈷(Co)、15%鎳(Ni)、2%鉻(Cr)(所有百分?jǐn)?shù)都以重量計(jì))的燒結(jié)硬質(zhì)合金在垂直離心鑄造機(jī)鑄模的型砂中造型。燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)的尺寸為-外徑340mm-內(nèi)徑260mm
-寬100mm在造型后，燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)的內(nèi)孔表面及其在內(nèi)徑和310mm直徑之間的側(cè)表面是自由的，以便在該處形成燒結(jié)硬質(zhì)合金和鑄鐵之間的冶金結(jié)合。使鑄模以400轉(zhuǎn)/分旋轉(zhuǎn)。將含有組分3.7%碳(C)、2.3%硅(Si)、0.3%錳(Mn)、5.4%鎳(Ni)、0.2%鉬(Mo)、0.05%鎂(Mg)和余量為鐵(Fe)(所有百分?jǐn)?shù)均以重量計(jì))的，溫度為1540℃的鑄鐵融體排放入旋轉(zhuǎn)鑄模中。鑄造的持續(xù)時(shí)間約1分鐘。在此時(shí)間內(nèi)逐步停止旋轉(zhuǎn)。
冷卻后清理復(fù)合軋輥并用超聲波方法檢查。冶金結(jié)合的質(zhì)量是良好的。
為了使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，通過加熱至900℃，保持時(shí)間6小時(shí)，然后冷卻至450℃，保持時(shí)間4小時(shí)，隨后冷卻至室溫對軋輥進(jìn)行熱處理。當(dāng)熱處理在敞開空氣中進(jìn)行時(shí)，用抗氧化劑復(fù)蓋燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)的自由暴露的表面。軋輥尺寸為輥身Φ310mm(燒結(jié)硬質(zhì)合金Φ340)×500mm。
輥頸Φ220×300mm+220×520mm。
權(quán)利要求
1.軋輥，較佳是用于熱軋或冷軋的軋輥，該軋輥輥身包括鑄入鑄造合金的一個(gè)或幾個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)，該鑄造合金主要包括石墨鑄鐵，并且在鑄造后含有5-30%，較佳為15-20%(重量)的殘余奧氏體，為了減少或完全消除由于鑄造后冷卻引起的鑄鐵和燒結(jié)硬質(zhì)合金之間的局部收縮，該奧氏體在隨后的一次或幾次熱處理步驟中，在體積增加的情況下全部或部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕秦愂象w，其特征在于，包括輥頸的該軋輥是鑄造成一塊，隨后機(jī)加工成最終形狀和尺寸。
2.權(quán)利要求1的軋輥，其特征在于，該軋輥是通過離心鑄造制得的。
3.權(quán)利要求2的軋輥，其特征在于，該軋輥包括含有一個(gè)或幾個(gè)硬質(zhì)合金環(huán)的所述鑄鐵的外殼以及通過離心或靜態(tài)鑄造的另一鑄造合金的芯和輥頸。
4.權(quán)利要求2的軋輥，其特征在于，該軋輥包括僅鑄入環(huán)形外殼的一個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)(或多個(gè)環(huán))。
5.制備軋輥，較佳是用于熱軋或冷軋的軋輥的方法，其中輥身包括鑄入鑄造合金的一個(gè)或幾個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)，該鑄造合金主要包括石墨鑄鐵，并且在鑄造后含有5-30%，較佳為15-20%%(重量)的殘余奧氏體，為了減少或完全消除由于鑄造后冷卻引起的鑄鐵和燒結(jié)硬質(zhì)合金之間的局部收縮，該奧氏體在隨后的一次或幾次熱處理步驟時(shí)，在體積增加下完全或部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕秦愂象w，其特征在于，包括輥頸的軋輥是鑄成一塊，然后機(jī)加工成最終形狀和尺寸。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，鑄件是由離心鑄造技術(shù)制得的。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征在于，通過離心鑄造將燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)(或多個(gè)環(huán))鑄入所述鑄造合金的外殼，然后通過離心或靜態(tài)鑄造由另一鑄造合金鑄造軋輥芯和輥頸。
8.權(quán)利要求6的方法，其特征在于，僅鑄造環(huán)形外殼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有燒結(jié)硬質(zhì)合金和鑄鐵的軋輥及其制備方法。該軋輥可用于熱軋或冷軋。輥身包括通過離心鑄造方法鑄入鐵的合金的軋輥主體的一個(gè)或幾個(gè)燒結(jié)硬質(zhì)合金環(huán)。該鑄造合金主要包括石墨鑄鐵，在鑄造后含有殘余奧氏體。為了減少或完全消除由于鑄造后冷卻引起的鑄鐵和燒結(jié)硬質(zhì)合金之間的局部收縮，該殘余奧氏體在隨后的一次(或多次)熱處理步驟時(shí)，在體積增加的情況下完全或部分轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕秦愂象w。軋輥主體的中心部分可由供選擇的另一合金構(gòu)成。
文檔編號(hào)B22D19/16GK1064827SQ9210143
公開日1992年9月30日 申請日期1992年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月11日
發(fā)明者簡埃里克·卡爾森, 格特·森德斯特德 申請人:桑德維克公司