一種離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法與流程

本發明涉及一種離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，屬于金屬基復合材料領域。

背景技術：

輥壓機作為一種高效節能的粉碎設備已經在水泥建材、礦山破碎粉磨作業等行業得到廣泛應用。輥壓機工作時，產生巨大擠壓力，將物料粉碎，輥面與物料產生強烈的摩擦，并受到物料的沖擊力，輥面極易磨損。傳統的擠壓輥，因其使用壽命短，制造工藝難度大，成本高，修復時間長等問題，難以滿足現在市場的需要。陶瓷-金屬復合材料具有金屬材料的高韌性和陶瓷顆粒的高耐磨性。以此制備的擠壓輥耐磨性、耐壓力和耐沖擊性能好，且具有一定耐高溫性能，適用于更嚴酷的工況條件。

中國發明專利cn103252268a公布了一種超耐磨離心復合鑄造胎型磨輥及其制造方法，其外層為高合金耐磨層，內層為石墨鋼韌性層，此方法所制造出的磨輥兼具耐磨性和韌性，但高合金耐磨層的耐磨性有一定限度，且高合金材料的應用也提高了生產成本。中國發明專利cn105039836a公開了一種輥磨機鑲鑄輥面及其制備方法，其方法是將硬質合金球與鑄鐵耐磨塊，在氣體保護下燒結，得到預制燒結塊，然后通過離心鑄造的方法制備出擠壓輥。但是此方法制備工藝復雜，設備要求高，增加了制造成本。中國發明專利cn102211048a公布了一種具有金屬陶瓷復合物的中速磨煤機輥套，其方法為將陶瓷顆粒相互粘結成網狀，澆鑄金屬液整體復合，但此方法存在以下缺點，首先其單純依靠陶瓷顆粒之間相互粘結而產生的孔隙鑄滲，限制了金屬液鑄滲的厚度，從而使陶瓷金屬復合層厚度非常薄，而且陶瓷顆粒之間的分散度小，陶瓷顆粒之間金屬無法有效起到支撐作用，磨損過程中，陶瓷顆粒容易剝落，耐磨性大大降低；其次此方法將陶瓷顆粒互相粘結成一個網狀結構的陶瓷層，然后對整個陶瓷層進行鑄滲，澆鑄過程中整個陶瓷層很容易因為某一部位缺陷或金屬液沖擊坍塌不能使用，成品率大大降低；此外其磨輥本體與高鉻合金和陶瓷顆粒通過澆鑄方式連接成一體，由于三種材料的熱膨脹系數及熱導率相差很大，磨輥澆鑄后冷卻或熱處理過程中，其高鉻合金、陶瓷金屬復合區及磨輥本體的冶金結合將容易在導致在結合面處產生的裂紋在整個磨輥擴展，增加磨輥開裂的可能性。中國發明專利cn103418790公布了一種金屬陶瓷復合耐磨制品及其制備方法，其特征為用陶瓷顆粒與金屬粉末用助劑混合均勻得到混合物和金屬粉末制成的金屬陶瓷顆粒預制件，經過高溫燒結熱處理后形成的金屬陶瓷復合耐磨制品，此方法利用助劑均勻混合陶瓷顆粒和金屬粉末，但燒結后金屬熔融后，陶瓷顆粒因其比重比金屬粉末小將向上浮動，從而引起陶瓷顆粒分布不均勻，并且燒結后的組織性能相比熔煉的金屬結晶形成組織較差。中國發明專利cn1367270a公布了一種離心鑄造高耐磨合金鑄鐵復合抗磨輥圈的生產工藝，其特征在于復合抗磨輥圈外層含釩和多種少量元素合金鑄鐵，內層為高強度球墨鑄鐵，由于含釩和多種少量元素合金，此方法所制造出的磨輥的硬度較高，耐磨性較強，但由于合金種類較多，加入量很少，熔煉合金時很難準確控制其成分，并且外層合金的硬度具有一定局限性，過高的硬度將導致外層合金的韌性降低很大，影響使用性能。中國發明專利cn103736549a公布了一種立磨機金屬基陶瓷復合材料磨輥的制備方法，此方法所用金屬基陶瓷增強體料是由10～40％剛玉和60～90％鐵粉燒結而成，高鉻合金襯板與陶瓷襯板，輥套與磨輥基體之間通過鋼液澆鑄為一體，由于此方法利用燒結法制備復合層，由于陶瓷顆粒與鐵粉比重相差很大，很難使陶瓷顆粒與鐵粉混合均勻，并且鐵水熔化后，陶瓷顆粒將漂浮在鐵水表層，澆鑄入模具后陶瓷顆粒的分布將極不均勻，并且燒結后的組織并沒有金屬完全熔化后結晶形成金屬組織性能好，澆鑄的鋼水使輥套與磨輥基體固結為一體，使用過程中的裂紋很容易在整個磨輥中擴展。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，以便更好地改善制備工藝效果。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下。

一種離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，其特征在于：具體步驟如下：

(1)首先制備出環形骨架，骨架由圓環、支撐網和鑲嵌孔組成；其中鑲嵌孔在圓環上，支撐網在圓環內層與圓環相連，骨架的支撐網被顆粒包裹，對坯料起到支撐作用；然后把骨架固定在具有卡槽環形模具中，骨架固定在模具中間位置；將與金屬液潤濕的良好的陶瓷顆粒與粘結劑按質量比100:8-15充分混合，填充到模具外層；將氧化物陶瓷顆粒與粘結劑、活化微粉按質量比100:10-15:3-6混合后，填充到模具內層，此時骨架支撐網被陶瓷顆粒包裹在里面，烘干后脫模，得到單個環狀預制體；

(2)將預制體骨架上鑲嵌孔鑲嵌上鑲嵌柱進行拼接，得到輥套形狀的坯料，其長度根據需要進行調節，通過調節鑲嵌柱長度可以調節預制體間的間隙；然后把拼接好的坯料放入放置在具有保溫層的離心鑄造模具中；

(3)將坯料隨模具預熱到200-500℃，然后控制離心鑄造設備轉速，澆注高溫金屬液，溫度降到900-1050℃時取出輥套，冷卻到100℃時，再進行熱處理，最終得到耐磨擠壓輥輥套。

進一步地，預制體采用不同的陶瓷顆粒：預制體外層為wc，顆粒大小為30-120目，其占坯料體積的1/10-1/5；內層為zta或al2o3，顆粒大小為80-300目，其占坯料體積的4/5-9/10。

進一步地，環形預制體骨架由為低熔點合金制備而成，尺寸根據需要進行定制。

進一步地，活化微粉為鋁粉、鐵粉、硅粉、鎢粉的一種或幾種按一定比例混合，粒度為300-600目。

進一步地，金屬液選擇中低合金耐磨鋼、高錳鋼、高鉻鑄鐵耐磨鋼鐵。

進一步地，預制體坯料有蜂窩孔或無蜂窩孔。

進一步地，所用粘結劑為水玻璃、硅溶膠、硼砂一種或者幾種的任意混合。

進一步地，所用離心鑄造模具所用保溫涂料為硅藻土、石英砂、鎂砂中的一種或幾種的任意比例混合物，其厚度為10-30mm。

本發明方法中，首先制備出帶有骨架的環型坯料，然后把坯料進行拼接，置于離心機模具中，澆注金屬液，得到耐磨輥套。該輥套的復合區由兩種不同的陶瓷顆粒組成，其中外層陶瓷顆粒為與鐵液潤濕性好的陶瓷顆粒，內層陶瓷顆粒為氧化物陶瓷顆粒。該方法通過在坯料中放置骨架，提高了坯料的強度且便于放置，選用不同陶瓷顆粒，降低了坯料成本，提高了輥面的復合效果，大幅提高了輥面使用壽命。

該發明的有益效果在于：本發明采用不同的陶瓷顆粒制備預制體，既保證了復合效果，又降低了成本。外層復合層增強顆粒為wc顆粒，能與金屬液潤濕性好，能形成冶金結合，界面強度高，外層顆粒復合同時，內層顆粒由于高溫金屬液的熱作用，被加熱到更高溫度，能促進顆粒與金屬液復合，且均勻分散在基體中，提高了輥套的整體復合效果；第一層耐磨層具有高的耐磨性，第二層耐磨層顆粒小在基體中分散均勻，能使輥套具有較高強度；本發明環狀預制體具有骨架，坯料具有較好強度，同時便于拼接和固定，并且能使坯料和模具內壁保持一定距離，有利于金屬液鑄滲。骨架為低熔點合金成分，在離心鑄造過程中，能過溶解在金屬液中，能過改善金屬液組織。利用多個環形預制體坯料拼接成整體預制體，有缺陷的環狀預制體可以被更換，保證了預制體的質量，提高了生產效率，降低了生產成本。本發明所用離心模具內壁具有一定厚度的保溫層，能夠起到很好的保溫效果，有利于金屬液鑄滲；離心力的作用可提高鑄滲時候的壓力，進一步提高復合效果。

附圖說明

圖1是本發明的環形預制體坯料示意圖。

圖2是本發明的骨架示意圖。

圖3是本發明的蜂窩環形坯料部分側視示意圖。

圖4是本發明的復合擠壓輥示意圖。

圖5是本發明坯料在離心模具內放置示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的具體實施方式進行描述，以便更好的理解本發明。

圖1是本發明的環形預制體坯料示意圖。圖2是本發明的骨架示意圖。圖3是本發明的蜂窩環形坯料部分側視示意圖。圖4是本發明的復合擠壓輥示意圖。圖5是本發明坯料在離心模具內放置示意圖。如圖1-圖5所示，本發明實施例中的離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，具體步驟如下：

(1)首先制備出環形骨架1，骨架由圓環4、支撐網5和鑲嵌孔6組成；其中鑲嵌孔6在圓環4上，支撐網5在圓環4內層與圓環4相連，骨架的支撐網5被顆粒包裹，對坯料起到支撐作用；然后把骨架固定在具有卡槽環形模具中，骨架固定在模具中間位置；將與金屬液潤濕的良好的陶瓷顆粒與粘結劑按質量比100:8-15充分混合，填充到模具外層2；將氧化物陶瓷顆粒與粘結劑、活化微粉按質量比100:10-15:3-6混合后，填充到模具內層3，此時骨架支撐網被陶瓷顆粒包裹在里面，烘干后脫模，得到單個環狀預制體；

(2)將預制體骨架上鑲嵌孔6鑲嵌上鑲嵌柱7進行拼接，得到輥套形狀的坯料，其長度根據需要進行調節，通過調節鑲嵌柱7長度可以調節預制體間的間隙；然后把拼接好的坯料放入放置在具有保溫層8的離心鑄造模具9中；

(3)將坯料隨模具預熱到200-500℃，然后控制離心鑄造設備轉速，澆注高溫金屬液，溫度降到900-1050℃時取出輥套，冷卻到100℃時，再進行熱處理，最終得到耐磨擠壓輥輥套。

預制體采用不同的陶瓷顆粒：預制體外層為wc，顆粒大小為30-120目，其占坯料體積的1/10-1/5；內層為zta或al2o3，顆粒大小為80-300目，其占坯料體積的4/5-9/10。環形預制體骨架1由為低熔點合金制備而成，尺寸根據需要進行定制。活化微粉為鋁粉、鐵粉、硅粉、鎢粉的一種或幾種按一定比例混合，粒度為300-600目。金屬液選擇中低合金耐磨鋼、高錳鋼、高鉻鑄鐵耐磨鋼鐵。預制體坯料有蜂窩孔或無蜂窩孔。所用粘結劑為水玻璃、硅溶膠、硼砂一種或者幾種的任意混合。所用離心鑄造模具所用保溫涂料為硅藻土、石英砂、鎂砂中的一種或幾種的任意比例混合物，其厚度為10-30mm。

下面以具體實施例進一步進行說明。

實施例1

該離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，其具體步驟如下：

1、首先將制備好的骨架放置在環形模具中固定，將60目wc的陶瓷顆粒與水玻璃按質量比100:10充分混合，填充到模具外層，其占這個坯料體積的1/5；將120目zta與水玻璃、鐵粉、硅粉按質量比100:10:20:5混合后，填充到模具內層，其占坯料體積的4/5，此時骨架支撐網被陶瓷顆粒包裹在里面，烘干脫模，得到具有骨架的蜂窩環狀預制體坯料。其中，鐵粉、硅粉為300目，水玻璃模數為2。

2、將預制體骨架上鑲嵌孔鑲嵌上鑲嵌柱進行拼接，得到輥套形狀的坯料，每個預制體間的間隙為5mm；然后把整體坯料放置在具有25mm保溫層的離心鑄造模具中。其中保溫涂層材料為硅藻土。

3、將模具進行預熱500℃，控制離心鑄造設備轉速500轉/每分鐘，澆注1550℃低合金耐磨鋼高溫金屬液，溫度降到1000℃時取出輥套，冷卻到100℃時，以20-50℃/h升溫到200℃，保溫3h，最后冷卻到室溫，得到耐磨擠壓輥輥套。其中低合金耐磨鋼的化學成分為c：0.3-05％、si：1.1-1.3％、mn：2-4％，cr：0.8-2％、s≤0.03％、p≤0.03％、re≥0.0.5％。

實施例2

該離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，其具體步驟如下：

1、首先將制備好的骨架放置在環形模具中固定，將80目wc的陶瓷顆粒與水玻璃按質量比100:8充分混合，然后填充到模具外層，其占整個坯料體積的1/10；將200目zta與水玻璃、鐵粉、鎳粉、鎢粉按質量比100:12:30:5:10混合后，填充到模具內層，其占坯料體積的9/10，此時骨架支撐網被陶瓷顆粒包裹在里面，烘干脫模，得到具有蜂窩孔的環狀預制體坯料。其中鐵粉、硅粉為500目，水玻璃模數為2.5。

2、將環狀預制體通過骨架上的鑲嵌孔和鑲嵌柱進行拼接，每個預制體間的間隙為15mm；然后把整體坯料放置在具有30mm保溫層的離心鑄造模具中。其中保溫涂層材料為硅藻土。

3、將模具進行預熱500℃，控制離心鑄造設備轉速800轉/每分鐘，澆注1500℃高鉻鑄鐵金屬液，溫度降到1050℃時取出輥套，冷卻到100℃時，以40℃/h升溫到220℃，保溫4h，最后冷卻到室溫，得到耐磨擠壓輥輥套。其中高鉻鑄鐵成為c：1.8-2.2％，cr：11-14％，si：0.3-0.8％，mn:0.5-10％，p、s≤0.05％，mo：0.3-0.5％。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。