一種金屬陶瓷磨輥及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接材料，具體涉及一種金屬陶瓷磨輥及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磨煤機(jī)廣泛用于火力發(fā)電廠、礦山、水泥廠制備煤粉燃料。煤粉燃料摻雜硬質(zhì)物質(zhì)導(dǎo)致磨煤機(jī)磨輥磨損劇烈，造成使用壽命短，綜合資源浪費(fèi)嚴(yán)重。通常磨煤機(jī)磨輥是由高鉻鑄鐵和合金鋼鑄造而成的，如果因磨輥磨損失效而重新鑄造更換，勢必造成極大的浪費(fèi)，且大大地提高了生產(chǎn)成本。為此許多磨煤機(jī)磨輥采用堆焊耐磨涂層技術(shù)抗擊磨損，從而延長部件的使用壽命，提高設(shè)備運(yùn)行效率，降低綜合成本，屬節(jié)能減排領(lǐng)域。
[0003]磨煤機(jī)的磨輥采用堆焊耐磨涂層技術(shù)，是將耐磨粉芯焊絲堆焊在磨輥輥套表面形成耐磨涂層。堆焊后輥套與新品鑄造件相比，由于耐磨層硬度較高，比之未堆焊防磨層的磨輥能夠更有效地抵御磨料磨損，因而具有比未堆焊磨輥強(qiáng)得多的耐磨性。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，碳化鎢、碳化鈦等碳化材料作為磨輥中的硬質(zhì)相，由于其硬而脆，韌性差，在高應(yīng)力、受沖擊、強(qiáng)疲勞等工況條件下工作時(shí)，耐磨層易產(chǎn)生裂紋、顆粒破碎和脫落，從而喪失耐磨性。其次，由于磨輥輥套母材一般為高鉻鑄鐵，與碳化合金的堆焊焊絲成分差異大，造成焊接接合強(qiáng)度低，耐磨層與磨輥的基體容易剝離，喪失耐磨性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在解決上面描述的問題。本發(fā)明的目的是提供一種金屬陶瓷磨輥及其制備方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種金屬陶瓷磨輥，包括輥體和設(shè)置在輥體表面的耐磨層，其特征在于:所述耐磨層包括下述質(zhì)量百分比的混合粉末:10.0% -20.0%的碳化鈦、5.0% -15.0%的碳化鈮、3.0% -5.0%的碳化鉻、1.0% -2.0%的碳化硼、0.1% -0.5%的釩、0.1% -0.5%的鉬、0.01% -0.1 %的硫和磷，所述耐磨層還包括鐵；所述混合粉末在所述耐磨層中的質(zhì)量百分含量為20% -40%。
[0007]優(yōu)選地，所述耐磨層由下述質(zhì)量百分比的組分:15.0%的碳化鈦、8.0%的碳化鈮、4.0%的碳化鉻、2.0 %的碳化硼、0.5 %的釩、0.5 %的鉬、0.0I %的硫和磷，余量為鐵。
[0008]優(yōu)選地，所述耐磨層的混合粉末還包括下述質(zhì)量百分比的0.5% -2.0%二硼化鈦和0.5% -2.0 % 二硼化鈮。
[0009]優(yōu)選地，所述耐磨層由下述質(zhì)量百分比的混合而成:15.0%的碳化鈦、8.0%的碳化鈮、4.0 %的碳化鉻、2.0%的碳化硼、0.5%的釩、0.5%的鉬、0.01%的硫和磷，1.0% 二硼化鈦和1.0 % 二硼化銀，余量為鐵。
[0010]優(yōu)選地，耐磨層的厚度為3-10mmo
[0011]優(yōu)選地，所述輥體為高鉻鑄鐵和/或合金鋼鑄造而成。
[0012]本發(fā)明還提供了上述的陶瓷磨輥的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:(I)按所述比例稱取耐磨層的各組分；放入球磨機(jī)中混合研磨4-6小時(shí)，混合均勻后用金屬帶包裹混合粉末，經(jīng)成型機(jī)軋制、拉絲機(jī)組拉拔、磨削機(jī)磨削、拋光機(jī)組拋光處理工序制成焊絲;
[0013](2)采用明弧堆焊方法將焊絲堆焊在已拋光處理的輥體工作面上形成耐磨層，焊接電流190A，焊接電壓28V，連續(xù)堆焊3層后，便形成耐磨層。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)在技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn):
[0015](I)本發(fā)明實(shí)施例的金屬陶瓷磨輥的耐磨層，以碳化鈦、碳化鈮作為主要硬質(zhì)相，其它碳化金屬作為輔助硬質(zhì)相，并選用鐵作為粘結(jié)劑，添加鉬和釩，顯著提高耐磨層的接合強(qiáng)度、韌性、耐磨性，并且比重輕，硬度高。
[0016](2)本發(fā)明實(shí)施例的金屬陶瓷磨輥的耐磨層，鉬和釩成分由于鉬和釩的固溶強(qiáng)化作用，可以有效地細(xì)化熔敷金屬晶粒，提高抗蠕變能力，抵制陶瓷合金的脆性，改善成型性能。再者，可以使堆焊層與輥體的之間過濾層含有大量的鉬和釩，過渡層的韌性得到非常大的提高，這樣可以在耐磨層和輥體之間起到很好的過渡作用，使得堆焊后的耐磨層與磨輥的棍體不容易剝離。
[0017](3)本發(fā)明實(shí)施例的金屬陶瓷磨輥的耐磨層，由于添加了少量二硼化鈦和二硼化鈮，二硼化鈦和二硼化鈮與碳化鈦、碳化鈮等硬質(zhì)相形成低共熔物，在1600-1700°C左右便可燒結(jié)，可得到完全致密的耐磨層。同時(shí)，這類組合低共熔物的界面組合亦十分理想，可形成關(guān)聯(lián)或半關(guān)聯(lián)相界，對材料韌性提高十分有利，提高耐磨層的耐龜裂性，減少裂紋產(chǎn)生。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。
[0019]實(shí)施例1
[0020]金屬陶瓷磨輥包括輥體和設(shè)置在輥體表面的耐磨層，耐磨層可以按照下述方式制備:按下述質(zhì)量百分比例稱取各種成分:碳化鈦20.0%、碳化鈮5%、碳化鉻5.0%、碳化硼
1.0 %，鉬0.1 %、釩0.1 %、鐵1.5 %，放入球磨機(jī)中混合研磨5小時(shí)(該混合粉末構(gòu)成耐磨層的質(zhì)量百分含量為35.5% )，混合均勻后以厚度為0.28mm的鐵帶包裹混合粉末，經(jīng)成型機(jī)軋制、拉絲機(jī)組拉拔、磨削機(jī)磨削、拋光機(jī)組拋光處理工序制成直徑為3.2mm的焊絲。
[0021]上述焊絲堆焊成耐磨層的方法:采用明弧堆焊方法將焊絲堆焊在已拋光處理的磨輥工作面上形成耐磨層，焊接電流190A，焊接電壓28V，連續(xù)堆焊3層后，耐磨層表面硬度HRC66-69，磨粒磨損性能是高鉻鑄鐵的10倍，結(jié)合強(qiáng)度> 160MPa。其中，輥體為高鉻鑄鐵和/或合金鋼鑄造而成。
[0022]實(shí)施例2
[0023]金屬陶瓷磨輥包括輥體和設(shè)置在輥體表面的耐磨層，耐磨層可以按照下述方式制備:按下述質(zhì)量百分比例稱取各種成分:碳化鈦15.0%、碳化鈮8%、碳化鉻4%、碳化硼
2.0 %，鉬0.5 %、釩0.5 %、硫和磷0.0I %、鐵1.5 %，放入球磨機(jī)中混合研磨5小時(shí)(該混合粉末構(gòu)成耐磨層的質(zhì)量百分含量為36.5% )，混合均勻后以厚度為0.28mm的鐵帶包裹混合粉末，經(jīng)成型機(jī)軋制、拉絲機(jī)組拉拔、磨削機(jī)磨削、拋光機(jī)組拋光處理工序制成直徑為3.2mm的焊絲。
[0024]上述焊絲堆焊成耐磨層的方法:采用明弧堆焊方法將焊絲堆焊在已拋光處理的磨輥工作面上形成耐磨層，焊接電流180A，焊接電壓25V，連續(xù)堆焊7mm厚度后，耐磨層表面硬度HRC65-68，磨粒磨損性能是高鉻鑄鐵的11倍，結(jié)合強(qiáng)度> 160MPa。其中，輥體為高鉻鑄鐵和/或合金鋼鑄造而成。
[0025]實(shí)施例3
[0026]金屬陶瓷磨輥包括輥體和設(shè)置在輥體表面的耐磨層，耐磨層可以按照下述方式制備:按下述質(zhì)量百分比例稱取各種粉末:碳化鈦10.0%、碳化鈮10.0%、碳化鉻5.0%、碳化硼1.5%，鉬0.2%、釩0.3%、鐵粉1.0%，放入球磨機(jī)中混合研磨5小時(shí)(由該混合粉末組成的在焊絲中的質(zhì)量百分含量為36.0% )，混合均勻后以厚度為0.28mm的鐵帶包裹混合粉末，經(jīng)成型機(jī)軋制、拉絲機(jī)組拉拔、磨削機(jī)磨削、拋光機(jī)組拋光處理工序制成直徑為3.2mm的焊絲。
[0027]上述焊絲堆焊成耐磨層的方法:采用明弧堆焊方法將焊絲堆焊在已拋光處理的磨輥工作面上形成耐磨層，焊接電流180A，焊接電壓25V，連續(xù)堆焊5mm厚度后，耐磨層表面硬度HRC68-70，磨粒磨損性能是高鉻鑄鐵的12倍，結(jié)合強(qiáng)度> 160MPa。其中，輥體為高鉻鑄鐵和/或合金鋼鑄造而成。
[0028]實(shí)施例4
[0029]金屬陶瓷磨輥包括輥體和設(shè)置在輥體表面的耐磨層，耐磨層可以按照下述方式制備:按下述質(zhì)量百分比例稱取各種粉末:碳化鈦10.0%、碳化鈮10.0%、碳化鉻5.0%、碳化硼1.5%，鉬0.2%、釩0.3%、鐵粉1.0%，1.0 % 二硼化鈦和1.0 % 二硼化鈮，放入球磨機(jī)中混合研磨5小時(shí)(由該混合粉末組成的在焊絲中的質(zhì)量百分含量為36.0% )，混合均勻后以厚度為0.28mm的鐵帶包裹混合粉末，經(jīng)成型機(jī)軋制、拉絲機(jī)組拉拔、磨削機(jī)磨削、拋光機(jī)組拋光處理工序制成直徑為3.2mm的焊絲。
[0030]上述焊絲堆焊成耐磨層的方法:采用明弧堆焊方法將焊絲堆焊在已拋光處理的磨輥工作面上形成耐磨層，焊接電流180A，焊接電壓25V，連續(xù)堆焊5mm厚度后，耐磨層表面硬度HRC70-72，磨粒磨損性能是高鉻鑄鐵的14倍，結(jié)合強(qiáng)度> 170MPa。其中，輥體為高鉻鑄鐵和/或合金鋼鑄造而成。
[0031]最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬陶瓷磨輥，包括輥體和設(shè)置在輥體表面的耐磨層，其特征在于:所述耐磨層包括下述質(zhì)量百分比的混合粉末:10.0% -20.0%的碳化鈦、5.0% -15.0%的碳化鈮、3.0% -5.0 % 的碳化鉻、1.0 % -2.0% 的碳化硼、0.1% -0.5% 的釩、0.1% -0.5% 的鉬、0.01% -0.1 %的硫和磷，所述耐磨層還包括鐵；所述混合粉末在所述耐磨層中的質(zhì)量百分含量為20% -40%。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷磨輥，其特征在于:所述耐磨層由下述質(zhì)量百分比的組分:15.0 %的碳化鈦、8.0 %的碳化鈮、4.0 %的碳化鉻、2.0 %的碳化硼、0.5%的釩、0.5%的鉬、0.01%的硫和磷，余量為鐵。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬陶瓷磨輥，其特征在于:所述耐磨層的混合粉末還包括下述質(zhì)量百分比的0.5% -2.0 % 二硼化鈦和0.5% -2.0 % 二硼化鈮。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬陶瓷磨輥，其特征在于:所述耐磨層由下述質(zhì)量百分比的混合而成:15.0%的碳化鈦、8.0%的碳化鈮、4.0 %的碳化鉻、2.0%的碳化硼、0.5%的釩、0.5%的鉬、0.01%的硫和磷，1.0 % 二硼化鈦和1.0 % 二硼化鈮，余量為鐵。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的陶瓷磨輥，其特征在于:耐磨層的厚度為3-10mmo6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的陶瓷磨輥，其特征在于:所述輥體為高鉻鑄鐵和/或合金鋼鑄造而成。7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的陶瓷磨輥的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:(I)按所述比例稱取耐磨層的各組分；放入球磨機(jī)中混合研磨4-6小時(shí)，混合均勻后用金屬帶包裹混合粉末，經(jīng)成型機(jī)軋制、拉絲機(jī)組拉拔、磨削機(jī)磨削、拋光機(jī)組拋光處理工序制成焊絲; (2)采用明弧堆焊方法將焊絲堆焊在已拋光處理的輥體工作面上形成耐磨層，焊接電流190A，焊接電壓28V,連續(xù)堆焊3層后，便形成耐磨層。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種金屬陶瓷磨輥及其制備方法，包括輥體和設(shè)置在輥體表面的耐磨層，其特征在于：所述耐磨層包括下述質(zhì)量百分比的混合粉末：10.0％-20.0％的碳化鈦、5.0％-15.0％的碳化鈮、3.0％-5.0％的碳化鉻、1.0％-2.0％的碳化硼、0.1％-0.5％的釩、0.1％-0.5％的鉬、0.01％-0.1％的硫和磷，所述耐磨層還包括鐵；所述混合粉末在所述耐磨層中的質(zhì)量百分含量為20％-40％。本發(fā)明的金屬陶瓷磨輥的耐磨層，顯著提高耐磨層的接合強(qiáng)度、韌性、耐磨性，并且比重輕，硬度高。
【IPC分類】B22F1/00, B23P15/00, C22C38/28, B02C15/00
【公開號(hào)】CN104959194
【申請?zhí)枴緾N201510264827
【發(fā)明人】寶志堅(jiān), 李志勝, 曲作鵬, 董志紅
【申請人】寶志堅(jiān)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月22日