專利名稱：改進型耐磨表面成形方法和制品的制作方法
技術領域：
本發明涉及在粉碎處理中直接受碰撞的硬質金屬表面，例如在用于對顆粒狀物料進行壓力粉碎的設備中使用的研磨輥的表面。根據本發明，小間距間隔開的單獨磨耗板 (wear plate)，即島狀部，直接粘附在這種表面上生成硬質表面，而在該表面上不使用凹痕 (indentation)或類似結構。該磨耗板由高度耐磨損(abrasion resistant)的材料制成， 這種高度耐磨損材料具有比金屬表面更強的耐磨損性。通常，這種磨耗板與金屬表面的構造材料差別顯著，普通的焊接材料與金屬基底和磨耗板均不能形成牢固的結合(例如通過擴散結合)。耐磨板被放置在硬質金屬表面上，彼此間隔短距離，并使用焊接合金將耐磨板固定(錨固)在該金屬表面上，焊接合金還填入了在任意的兩個相鄰的板之間的至少一些間隙中。這些焊接金屬與金屬表面形成了牢固的結合，并且還相對于磨耗板放置以機械地錨固磨耗板并從而形成獨特的耐磨制品。該耐磨制品可被用于例如研磨壓輥、豎直碾磨輥、 研磨臺和類似制品。
背景技術：
與包括帶鑲嵌(或另外安裝在其表面上的)的金屬基底、耐磨嵌件(例如磨耗板) 的耐磨表面相關的最普遍的問題之一是，對于例如輥磨機的操作者等用戶來說，要修復受損耐磨表面的難度大，如果不是不可能的話。而且，這樣的表面的普通的制造方法例如在金屬基底上提供孔(bore)或其他的保持凹痕等是成本很高的。其它需要使用高溫高壓處理的方法也很成本很高，并且需要使用專用設備。例如通過堆焊(weld deposition)制作的耐磨表面可能能夠現場修復。但是由于對可用于形成表面的合金的限制，當與在表面上添加高耐磨材料的板或插件技術相比，它們的耐磨性和它們的敷涂厚度非常低。用于金屬基底表面硬化的各種的技術包括例如在美國專利5，704，561 ； 5，755，033 ；5，902，685 ；6，523，767B1 中示教的那些。美國專利5，755，033的處理消除了提供用于在基底表面中固定例如凹痕和/或孔，耐磨材料的機構的需求。但是，由于該處理需要使用專門的復合材料以及均勻模壓 (isotatic pressing)處理以形成耐磨表面，該處理很昂貴。而且，由于制作耐磨表面使用的是復合物，對輥的損壞不易修復。而且用于間隔和用于耐磨區域的材料需要由具有擴散特征的材料組合而成，使得它們可在處理中被結合在一起。在耐磨輥壓情況下，使耐磨表面具有能夠將要被碾壓的物料推入輥中的外形 (profile)也是可期望的特性。當被用在輥壓處理時，本發明可以形成的這樣的外形。本發明提供了相對便宜的方法，用于制造具有耐磨表面的制品。修復受損表面也相對容易。
發明內容
前述的問題可通過形成焊接結合將多個耐磨板與合金和金屬表面錨固來改善，焊接結合在此被定義成通過焊接、溢流焊接(flood welding)、焊接覆層(weld cladding)、擴散結合、釬焊或類似技術形成結合。結合材料還填入由單獨的耐磨板(島狀部)形成的例如間隙的各個凹陷部(valley)的至少一部分，并被定位成通過物理結合而非任何顯著的擴散力來將板錨固在適當的位置處。當用于雙輥壓制時，焊接材料的高度應略低于島狀部表面，以提供適于將待粉碎的物料拉入輥隙(nip)的表面外形。這種外形可在制造的時候形成，或可基于磨耗板與結合并填充板間間隔的焊縫的耐磨性差異通過制品的使用被提供。每個磨耗板僅覆蓋金屬表面的總表面面積的一小部分，但是結合起來在待處理制品上被所有磨耗板覆蓋的總表面面積可在基于該金屬表面的總表面面積的約70%至約 90%面積范圍內。該磨耗板可由具有比所覆蓋的金屬表面更優良的磨損性質的任意普通的耐磨材料制成，并且由于本發明的獨特的特征，該磨耗板可比在此前所使用的板具有更廣泛的種類。該磨耗板大體上具有任意的基本平坦的形狀。它們可以是平坦的或具有曲率，以適合例如壓輥的曲率。它們可由例如通過鑄造、鍛造、燒結或類似處理制成的任何硬質耐磨損材料構成。它們可由金屬或陶瓷材料或它們的組合物制成。當在沖壓輥中使用時，磨耗板厚度的范圍優選地在約Icm至約10cm。磨耗板被直接錨固到進行例如在粉碎處理中使用的輥的磨耗處理制品的表面，或錨固到被布置到這樣的制品表面的金屬襯墊。由于襯墊具有能比要求延展性和可焊性的下面的基底材料更硬和更脆的優點。使用襯墊可降低報廢和更換材料的量。例如，襯里通常被用在壓輥設備上。將尤其地參照在輥磨機中使用的研磨輥上形成耐磨表面來解釋本發明。在這些輥磨機中，例如水泥熔渣等的顆粒狀脆性研磨原料被拖入由兩個以轉動的方式安裝的、相反地轉動的彼此分離的輥柱形成的輥隙，并且在輥轉動期間在輥之間被碾碎。這些設備和處理在本領域中是公知的，并且在例如第5，755，033號美國專利中有所描述，在此特地結合該專利所教導的內容作為參考。
圖1示出了制造壓輥的一個實施例，示出了使用焊接技術施加耐磨板；圖2示出了在磨耗板直接錨固到金屬輥柱表面上之后的壓輥的軸測圖，數字標注的部件與圖1描繪的相同；圖3是圖2中輥的正面剖視圖，其中一個磨耗板在分解圖中示出，其中該磨耗板被提供為截頭形狀，以提供與金屬表面的更好的錨固；圖4是可被用在本發明實踐中的多種磨耗板結構的平面視圖；圖4A是沿圖4線A-A截取的視圖，示出可用在本發明的實踐中的多種豎直橫截面結構；圖5示出了圖1中的使用了大體扁平的磨耗板的輥體的側面截面圖；圖6示出了圖1中的輥體的另一側面截面圖，其中磨耗板呈彎曲狀并且其彎曲度基本匹配輥體的彎曲度；圖7示出了本發明的另一個實施例，其中磨耗板被錨固在輥壓體的上彎曲表面上以及壓輥壓體側面的一部分上；圖8示出了本發明中使用的磨耗板的另一個設計。
具體實施例方式使用圖1示出本發明的一個實施例，提供了壓輥10。該壓輥包括圓柱狀的基礎輥體11，在其上兩側都提供有同軸布置的軸頸(journal) 12。通過將多個磨耗板13錨固在基礎輥體11表面的外周面上而形成耐磨表面13。磨耗板(島狀部)14的耐磨性高于基礎輥體11表面，并通過將磨耗板錨固到輥體并填入磨耗板之間的間隙15的焊接材料15的作用被錨固到該輥體表面。這樣的壓輥的金屬基底通常由鍛造合金鋼或類似材料制成。耐磨板14形成的聯鎖拼合(interlocking patchwork)圖案包括磨耗板和金屬表面的交替區域，在所述金屬表面的至少一部分上具有一些焊接材料，并且其被放置成與磨耗板物理地相互作用，并用于將磨耗板物理地錨固到金屬表面上。磨耗板的形狀、磨耗板與相鄰金屬表面的相對尺寸和由磨耗板與相鄰金屬表面的組合所形成的圖案可以以任何適宜的方式變化，例如圖1和圖4所示的。圖4A描述了圖4中所示的板的豎直橫截面形狀， 其中圖4和圖4A所示的板的形狀僅為示范性描述。當在例如壓輥的弧形制品上使用時，隨著磨耗板的長度相對于被處理制品的直徑增加，將會出現一種狀況，在該狀況時該段采用被處理制品的曲率是更有優勢的。然而通常，該段的長度相對于被處理制品的直徑足夠小， 使得這樣的單個磨耗板可以大體平坦，而不影響耐磨表面的質量。顯然地，弧形的磨耗板可在基于本發明的專業人員的優選的情況下使用。在圖5和圖6中示出了在具有大體上直徑相同的輥上使用平坦狀(圖5)和彎曲狀(圖6)的磨耗件。正如所指示的，較大的磨耗板至少在它們的底部優選地為彎曲的，以更接近地匹配輥表面的曲率。磨耗板由耐磨性比它們所附連到的金屬基底更高的硬質耐磨損材料制成。它們可通過鑄造、鍛造、燒結或任意類似的處理制成。磨耗板的構造材料可以是硬質金屬、陶瓷或這樣的材料的組合。在輥柱的寬度上，磨耗板的耐磨性和這種板的使用程度可以不同，以調節在該表面上的磨損操作差異。例如，一般的壓輥表面上的磨損通常在輥的中心處較大而在輥的邊緣處較小。可沿輥的寬度使用具有不同的耐磨損性的磨耗板，以均衡磨損輪廓，并使得直徑保持更加一致，這樣做將改善研磨的效率。可用于制造磨耗板的特定材料包括例如包括碳化鈦、碳化鎢和/或碳化鉻的金屬和/或金屬陶瓷、耐磨損性質比被處理制品的金屬表面更好的硬質金屬材料和類似材料。該處理提供了一種新穎的制品，其具有通過其它的公知處理生產的耐磨損表面的所有優點，而此外可容易地在現場修復被損壞或磨損的磨耗板。這些板通過被施加到至少一些金屬表面的焊接材料基體而被錨固到例如沖壓輥體的粉碎裝置的金屬表面上。優選地沒有焊接材料被施加到單個磨耗板的磨損表面上。 焊接材料由例如通過擴散結合與被處理制品的金屬表面結合的合金構成，并在施加后固化。焊接材料可使用不同的手段來施加。例如可使用本領域公知的焊接處理，諸如焊接噴霧(weld spraying)、金屬噴鍍、擴散結合、粉末金屬噴鍍、熱噴涂、電弧噴鍍、等離子噴鍍、 HVOF、火焰噴鍍、溢流焊接(flood welding)和類似處理。HVOF是指稱為高速氧燃料熱噴涂的熱噴涂處理。在該處理中，例如氫氣0 )和氧氣(0 的燃料混合物被燃燒并通過噴嘴加速到高達約每秒7200英尺的超聲波速度。粉末涂敷源材料(例如施加到鈷或鈷鉻基體中的碳化鎢顆粒)被噴射到火焰中。這些顆粒被加速到超聲波速度(約每秒3300-3900英尺)到達基底。該板通過焊接材料冷卻同時焊接材料形成與金屬基底的緊密結合而形成的機械裝置被錨固。一種優選的焊接方法是在本領域中公知的“溢流焊接”。這在圖1中進行了示意性的說明。例如由碳化鈦硬質合金(cemented titanium carbide)制成的磨耗板例如通過使用諸如硅樹脂(silicone)的粘合劑臨時附連到壓輥體的外周上。在這點上，粘合劑應該僅在磨耗板的下表面正下方接觸金屬表面，而非位于在磨耗板之間其上將施加焊接材料的金屬表面。壓輥沿其軸線以水平位置放置在裝置中，允許沿軸的軸線轉動。溢流焊接裝置16 如圖1所示的那樣被定位在輥的頂端(apex)處，并且熔化的焊接材料被放置到輥上且在所粘合的磨耗板之間的間隙中。輥體和插件優選地被預先加熱到約350攝氏度至約500攝氏度的溫度。溢流焊接裝置在輥的頂端表面上被前后移動以使熔融焊接材料堆積。這可以自動地或者在人類操作者的控制下進行。輥被轉動，使得焊接區域被置于彎曲表面的頂端處。 可采用本領域熟知的大直徑涂層電焊條或藥芯焊絲。在輥上形成有焊接金屬熔池(puddle) 并且移動電焊條或焊絲以填入例如磨耗板之間凹處的間隙。焊渣滑移(roll off)并凝固以在固化期間在熱的液態焊接金屬上方產生保護殼。焊接處理在輥的表面上持續進行，該輥則以足夠慢的速度轉動，使磨耗板被錨接到輥的表面。輥體緩慢轉動以保持焊接位置在平焊位置，并且保持液態焊接金屬處于水平位置。當焊接材料固化時，優選地在其鍛造溫度下，對焊縫和磨耗板淺表面進行敲擊 (peening)。敲擊是機械地作用于金屬表面的處理以降低由焊接引起的各種應力。可采用噴丸硬化處理(shot peening)、錘擊硬化處理(hammer peening)、激光噴丸(laser peening) 或類似的處理。敲擊降低了焊接中形成的應力并減少了隨后的裂紋。優選地還執行了后焊接熱處理。這可在窯爐中進行或者利用陶瓷熱覆蓋層來進行。這種熱處理被用于控制冷卻速率，以降低應力并對焊接材料進行回火。所使用的適當溫度將取決于被用于構成金屬基底的確切材料、磨耗板和用于錨固這些磨耗板的焊接合金。如圖4所說明的，耐磨板的形狀可以是方形、矩形、橢圓形、菱形或其它多邊形。它們優選地被布置成，與用于將它們牢固地錨固到金屬基底的焊接材料基體相比，使磨耗板的表面面積最大化。這些板通常占用從約70%到約90%的耐磨表面的表面面積。這種焊接應該以足夠的量存在以將板牢固地錨固到金屬基底以形成保護。磨耗板的尺寸將取決于進行磨損處理的制品的大小。磨耗板中的每一個將具有外露的表面區域，面積為約6cm2至約60cm2。優選地，板具有約20cm2到約30cm2的外露表面面積。從側視圖中看到的金屬磨耗板的形狀應典型地通過利用固化的焊接材料來覆蓋板的基部的至少一部分，使得與例如壓輥體表面的金屬基底表面結合的焊縫將板機械地保持在適當位置。典型地，磨耗板的適宜形狀是板的基部(即與金屬基底相鄰的部分)具有比金屬板平行于基部的至少一個其它橫截面切片更大的水平橫截面面積。例如如圖3所示， 磨耗板14是截頭棱錐體。也可使用截頭圓錐體、截頭多面棱體和其它類似形狀。在豎直橫截面中基本上成內凹的結構也將是適宜的。在圖8中示出的是所使用的板的形狀的另一種示例，在該示例中，板所形成的形狀為兩個同心的橢圓或圓形部分，其形成上部體Ha和下部體(基部)14b，其中所述下部體具有比上部體更大的直徑，以便形成唇緣(lip)。該基部靠在金屬基底上，且通過被焊接材料至少部分覆蓋，該唇緣為金屬板提供了額外的錨固，其中焊接材料也與金屬表面結合。圖7中示出了壓輥的另一個實施例。在該實施例中，磨耗板14也沿輥體11的側面使用在此前描述的相同的處理被錨固，以降低側面的與破碎機頰板接觸形成的磨損，破碎機頰板是指被保持成與輥體11的側面緊密鄰近的磨損襯里，用于限制材料從壓碎區域的側面泄漏。應該理解的是所示出的本發明的形式僅僅是優選的實施例。在部件的功能和布置上可能造成各種變化；等效的裝置可取代那些所示出和描述的裝置；并且特定特征可獨立于其它的特征使用而不背離例如在隨附的權利要求書中限定的本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種生產耐磨制品的方法，該耐磨制品包括在基本平坦的金屬表面上的耐磨層，所述方法包括a.將多個間隔開的磨耗板施加到所述金屬表面，從而形成磨耗板和在磨耗板之間的金屬表面的交替圖案，所述磨耗板的構成材料的耐磨性高于所述金屬表面，且不與適于焊接到所述金屬表面的焊接材料形成實質性結合；以及b.利用熔融的金屬焊接材料錨固該磨耗板，在凝固后所述材料與所述金屬表面形成焊接結合且與所述磨耗板形成機械結合，從而將所述磨耗板附連到所述金屬表面上。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述焊接結合是擴散結合。
3.如權利要求2所述的方法，其中通過溢流焊接處理施加所述焊接結合。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述金屬表面和所述磨耗板在所述溢流焊接處理之前，被預加熱到約350攝氏度至約500攝氏度的溫度。
5.如權利要求1所述的方法，其中在所述耐磨制品上進行后焊接熱處理。
6.如權利要求1所述的方法，其中通過高速氧燃料熱噴涂處理施加所述焊接結合。
7.—種適于在粉碎處理中使用的制品，包括金屬表面，在該金屬表面上設置有多個間隔開的磨耗板，(i)所述磨耗板的構成材料的耐磨性高于所述金屬表面，且(ii)所述磨耗板的構成材料不與適于焊接到所述金屬表面的焊接材料形成實質性結合；所述磨耗板覆蓋所述表面一部分，并且通過焊接材料錨固到所述表面的一部分上，所述焊接材料通過焊接結合附連到至少一些未被所述磨耗板覆蓋的所述表面上并與所述磨耗板機械結合。
8.如權利要求7所述的制品，其中所述金屬表面呈彎曲狀，并且至少一些所述磨耗板的曲率與所述金屬表面的曲率相匹配。
9.如權利要求7所述的制品，其中所述磨耗板包括金屬或金屬陶瓷，該金屬陶瓷包括碳化鈦、碳化鎢和/或碳化鉻。
10.如權利要求7所述的制品，其中所述磨耗板的形狀選自截頭棱錐體、截頭圓錐體和截頭多面棱體。
11.如權利要求7所述的制品，其中所述磨耗板占據所述金屬表面的70%至90%的表面面積。
全文摘要
提供了一種生產耐磨制品的方法，該耐磨制品包括在基本平坦的金屬表面上的耐磨層，該方法包括以下步驟將多個間隔開的磨耗板施加到所述金屬表面，從而形成磨耗板和在磨耗板之間的金屬表面的交替圖案，所述磨耗板的構成材料的耐磨性高于所述金屬表面，且不與適于焊接到所述金屬表面的焊接材料形成牢固的結合；以及將該磨耗板與熔融的金屬焊接材料錨固，在凝固后所述材料與所述金屬表面形成焊接結合且與所述磨耗板形成機械結合，從而將所述磨耗板附連到所述金屬表面上。
文檔編號B02C1/10GK102316990SQ200980156461
公開日2012年1月11日 申請日期2009年11月18日 優先權日2008年12月11日
發明者D.R.尚茨 申請人:Fl史密斯公司