專利名稱：一種原生柱/帶狀硬質相耐磨復合磨輥的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于冶金，電力，礦山，建材等行業(yè)的各種中速磨粉機的磨 輥的制備，特別涉及一種原生柱/帶狀硬質相耐磨復合磨輥的制備方法，該 方法制備的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥，特別適合于火力發(fā)電廠或者 處于沖擊環(huán)境下的中速磨粉機使用，其制備方法不受磨輥形狀的限制，亦可 用于其他耐磨件的制備。
背景技術：
在煤炭、冶金、礦山、電力、建材、耐火材料、能源等行業(yè)，制粉系統(tǒng) 使用大量的磨輥，它作為主要的磨損件。它運行情況的好壞， 一定程度上決 定了企業(yè)的經(jīng)濟效益。本發(fā)明主要針對火力發(fā)電廠的中速磨煤機的磨輥而進 行研發(fā)的，目前火力發(fā)電廠所用的磨輥主要為整體鑄造的高鉻鑄鐵。隨焊接 技術的提高，當高鉻鑄鐵磨損后在其上面反復修補堆焊耐磨合金層，來提高 磨輥的使用壽命。目前磨輥的材質主要是高鉻鑄鐵，采用整體鑄造工藝鑄出 的毛坯，對后續(xù)的機械加工過程中遇到了許多困難，人們往往為了滿足易于 加工的性能，常降低鉻的含量，但鉻含量降低后，其硬度和耐磨性變差，這 樣出現(xiàn)了磨輥的耐磨性和機械加工性能這一對矛盾。同時高鉻鑄鐵的脆性決 定其抗沖擊性能差，鉻含量越高，耐磨性越好，脆性越大，鉻含量越低，耐 磨性越差，韌性越好，這樣又出現(xiàn)了抗沖擊性和耐磨性的矛盾。通常磨粉系 統(tǒng)的磨輥均處在一定的沖擊下運行，在我國火電廠，使用的煤質差別較大， 造成磨輥往往達不到設計的壽命就失效。同時整體鑄造的高鉻鑄鐵磨輥，其 機械加工性能較差，不利于后續(xù)處理。堆焊雖然能提高使用壽命，但堆焊設 備昂貴，堆焊一次，其壽命增加不大，同時電廠磨輥頻繁的更換需要停機，造成了極大的經(jīng)濟損失。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種原 生柱/帶狀硬質相耐磨復合磨輥的制備方法，該方法通過對合金粉芯進行原 位復合生成高耐磨的硬質相，且硬質相與高韌性基體相界面實現(xiàn)冶金結合， 具有高耐磨性和高韌性，從而達到延長其使用壽命。
為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案
一種原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥的制備方法，其特征在于，該方 法制得的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥的表面復合材料由高硬度柱/帶 狀硬質相和高韌性基體金屬兩部分通過澆鑄復合而成，具體包括下列步驟
步驟一，在機加工出的磨輥芯部表面上編織出一定厚度的合金粉芯絲/ 帶材骨架，并通過綁扎或焊接的方法在軋輥芯部表面固定，形成預制件，合 金粉芯絲/帶材骨架的實際體積占澆鑄復合層總體積的20% 80%;
步驟二，用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作磨輥鑄型； 步驟三，將預制件放置在磨輥鑄型的型腔中；
步驟四，將冶煉熔化的高溫基體金屬鋼液澆鑄到磨輥鑄型型腔內，高溫 基體金屬鋼液的熱量對編制的合金粉芯絲材骨架進行鑄滲、燒結或溶化，合 金粉芯絲材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱量下進行短程擴散，在原位
生成高度彌散的高硬度柱狀合金硬質相；
步驟五，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質 相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，即制得以高韌 性高強度的金屬為基體、內含冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質相的復合 耐磨磨輥。
采用本發(fā)明的方法制備的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥具有以下技 術效果1、 由于采用合金粉芯絲/帶材，內部填充合金粉末，在基體金屬液的高 溫作用下，合金粉芯絲/帶材中的合金粉末燒結、溶解、擴散，與基體金屬 液發(fā)生冶金化合反應，同時由于合金粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度， 縮短了結晶過程，阻礙了合金元素的進一步擴散，從而使合金元素在原位富 集，晶粒顯著細化，析出大量彌散的高硬度的硬質化合物，凝固后便形成了 鑲嵌在基體金屬中的宏觀上呈柱/帶狀的硬質相，并與基體金屬形成良好的 冶金過渡結合，界面結合牢固，解決了硬質相脫落、碎裂的難題，耐磨性與 韌性有機統(tǒng)一，可有效地避免熱疲勞磨損，且復合耐磨層抗拉性能和抗壓性 能好。本法制備的耐磨復合磨輥的整體性能優(yōu)良，顯著優(yōu)于合金鋼、鑄鐵和 陶瓷材料制備的磨輥或復合磨輥。
2、 合金粉末可根據(jù)工件的使用要求進行配比，成分可調，適應性廣。
3、 由于合金粉芯絲/帶材不含粘結劑等雜質，因此不會產(chǎn)生夾渣氣孔等 缺陷，內部組織性能優(yōu)良，明顯優(yōu)于一般的粉末冶金方法制備耐磨復合材料 的組織結構。
4、 本發(fā)明的復合成型工藝可控性強、成品率高、生產(chǎn)質量穩(wěn)定，便于 大規(guī)模生產(chǎn)。
5、 柱/帶狀硬質相為整體原位反應生成，相界面達到冶金結合，材料組 織致密且無明顯缺陷，耐磨層和磨輥芯部表面結合良好，避免了像組合式磨 輥在工作過程中出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象和使用過程中的脫落現(xiàn)象。
6、 可根據(jù)使用工況，柱/帶狀硬質相在基體中的比例可調，并分布均勻;
7、 根據(jù)各種中速磨粉機對磨輥的使用要求，可調整柱/帶狀硬質相的直 徑或形狀大小以及分布形式，金粉芯絲/帶材尺寸可從毫米級向微米級調整;
8、 其使用壽命可比高合金鋼、鑄鐵或陶瓷材料制成的軋輥壽命提高5-10倍。


圖1為合金粉芯絲材結構示意圖； 圖2編織骨架的結構示意圖3是柱狀硬質相耐磨復合磨輥制備工藝示意圖； 圖4是經(jīng)澆鑄得到的復合磨輥結構示意圖(剖視圖)； 圖5是圖4A局部放大圖； 圖6復合材料的組織金相圖。
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明
具體實施例方式
參見附圖，按照本發(fā)明的技術方案，制備一定直徑和合金粉末配比的合
金粉芯絲材3，合金粉芯絲材3的制備是，將合金粉末1包裹于低碳鋼管皮2
中，形成合金粉芯絲材3;也可以將合金粉芯絲材3制成壓制帶材使用。本
實施例選用截面尺寸為①3mm的合金粉芯絲材3，編織在機加工出的磨輥芯部 4表面上形成帶材骨架5，并通過綁扎或焊接的方法將帶材骨架5固定，形成 預制件；采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作澆鑄磨輥鑄型6;將預制件放入 澆鑄磨輥鑄型6的型腔中，合金粉芯絲/帶材骨架的實際體積占澆鑄復合層總 體積的20% 80%;再用經(jīng)冶煉熔化的基體金屬7澆入澆鑄磨輥鑄型6的型腔 內，在基體金屬的熱作用下，對合金粉芯絲/帶材3制成的骨架5進行加熱、 燒結、溶滲甚至溶解，合金粉芯絲/帶材3中的合金元素在高溫基體金屬鋼液 熱量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱狀合金硬質相9;然 后室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱/帶狀合金硬質相與基 體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，即制得以高韌性高強 度的金屬為基體、內含冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質相的復合耐磨磨 輥。
合金粉芯絲/帶材截面可為圓形或方形或長方形(圓截面直徑范圍① 2mm ①10mm,方形截面邊長范圍2mml0mm;長方形截面尺寸由絲材壓制成相應帶材截面形狀決定)，包裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為0.1mm lmm;芯 部裝有粒度為50目 300目的合金粉末。
上述合金粉芯絲/帶材芯部的合金粉末l由高碳鉻鐵粉構成，根據(jù)需要可 添加鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉等合金粉。
上述合金粉末l也可以由碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅、 氮化鈦粉末中的一種或幾種構成。
上述基體金屬是高錳鋼、低碳鋼、合金鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等公 知的鑄鋼或鑄鐵中的一種。
以下是發(fā)明人給出的實施例，但本發(fā)明并不限于以下實施例。 實施例制備高鉻合金為硬質相、A3鋼為基體的絲狀復合耐磨磨輥
1、 取合金粉末1包裹于低碳鋼管皮2中，形成合金粉芯絲材3;選用截面 尺寸為0 3ram的合金粉芯絲材3，合金粉末1為高碳鉻鐵粉，粒度100 150 目；合金粉芯絲材3也可以制成壓制帶材使用，合金粉芯絲/和或帶材截面為 圓形或方形或長方形(圓截面直徑范圍O2mm cD10ram，方形截面邊長范圍 2mm 10mra;長方形截面尺寸由絲材壓制成相應帶材截面形狀決定)，包裹合 金粉末1的低碳鋼管2皮壁厚為0.1 mm lmm;合金粉芯絲/帶材3的芯部灌裝 有合金粉末，粒度為50 300目；合金粉芯絲材3具有良好柔軟度，可機械化 編制成各種形狀的骨架結構。
2、 將合金粉芯絲材3編織在磨輥芯部4表面上，形成帶材骨架5;
3、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作澆鑄磨輥鑄型6，將預制件(將磨 輥芯部4和帶材骨架5整體稱為預制件)放置在澆鑄磨輥鑄型6的型腔中； 合金粉芯絲/帶材骨架的實際體積占澆鑄復合層總體積的30%;
4、 選用A3鋼作為基體金屬7，用中頻爐冶煉熔化，達到160(TC出爐， 將鋼液從澆道8澆入澆鑄磨輥鑄型6的型腔內，注滿為止；
5、 在基體金屬7的熱作用下，對合金粉芯絲/帶材骨架5進行加熱、燒結、溶滲甚至溶解，合金粉芯絲/帶材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱 量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱狀合金硬質相9;
6、室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，即制成高
鉻合金為柱狀硬質相9、 A3鋼為基體金屬7的耐磨復合磨輥。
當然，根據(jù)實際需要，合金粉末也可以選擇高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵 粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
按照不同的需求，合金粉末還可以選擇碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化 硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
上述實施例中，按照不同的需求，基體金屬3還可以選擇灰口鑄鐵或球 墨鑄鐵，均能夠制成合格的耐磨復合磨輥。
采用本發(fā)明方法制備的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥，由于選用包 覆有高合金粉芯的絲/帶材，經(jīng)基體高溫原位生成高硬度高耐磨的柱/帶狀硬 質相，并與高韌性金屬基體具有冶金結合的界面，使磨輥表面具有高耐磨、 高韌性、高抗沖擊性能、高抗疲勞磨損性及良好的機加工性能。綜合性能顯 著優(yōu)于高合金鋼、高鉻鑄鐵和陶瓷材料制備的磨輥(或復合磨輥)，可滿足 冶金，電力，礦山，建材等行業(yè)的各種中速磨粉機的磨輥的使用要求。
權利要求
1、一種原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥的制備方法，其特征在于，該方法制得的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥的表面復合材料由高硬度柱/帶狀硬質相和高韌性基體金屬兩部分通過澆鑄復合而成，具體包括下列步驟步驟一，在機加工出的磨輥芯部表面上編織出一定厚度的合金粉芯絲/帶材骨架，并通過綁扎或焊接的方法在軋輥芯部表面固定，形成預制件，合金粉芯絲/帶材骨架的實際體積占澆鑄復合層總體積的20％～80％；步驟二，用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作磨輥鑄型；步驟三，將預制件放置在磨輥鑄型的型腔中；步驟四，將冶煉熔化的基體金屬鋼液澆鑄到磨輥鑄型的型腔內，高溫基體金屬鋼液的熱量對編制的合金粉芯絲材骨架進行鑄滲、燒結或溶化，合金粉芯絲材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱狀合金硬質相；步驟五，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，即制得以高韌性高強度的金屬為基體、內含冶金結合的高硬度柱/帶狀合金硬質相的復合耐磨磨輥。
2、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯絲/帶材截 面為圓形或方形或長方形，其中圓形直徑范圍①2mm-OlOmm,方形截面邊長 范圍2mm-10mm;長方形截面尺寸由絲材壓制成相應帶材截面形狀決定；包 裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為0. lmm lmm，合金粉芯絲材的芯部灌裝有 合金粉末，粒度為50目 300目。
3、 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為碳化鎢、 碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
4、 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為高碳鉻 鐵粉，或者是高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
5、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述的基體金屬是鑄鋼或 鑄鐵。
6、 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鋼是高錳鋼、低 碳鋼或合金鋼。
7、 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鐵是灰口鑄鐵或 球墨鑄鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥的制備方法，制得的復合耐磨磨輥由芯部和表面耐磨層構成，該方法首先機加工出軋輥芯部，再用高合金粉芯絲/帶材(注帶材可由絲材壓制而成)在磨輥芯部表面編織出一定厚度的絲/帶狀骨架并綁扎或焊接固定好，將編織好的預制件放入澆鑄型腔中，利用高溫鋼液進行澆鑄，對高合金粉芯絲/帶材進行鑄滲、燒結或溶化，在磨輥表面實現(xiàn)高硬度柱/帶狀硬質相與高韌性基體金屬兩部分的冶金結合，形成內含一定比例的柱/帶狀硬質相的表面硬質相耐磨復合層。本發(fā)明的方法制備的原生柱/帶狀硬質相復合耐磨磨輥，具有高耐磨、高韌性、高抗沖擊性能、高抗疲勞磨損性及良好的機加工性能。
文檔編號B02C4/00GK101412103SQ20081023256
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者付永紅, 劉文剛, 岑啟宏, 彭建洪, 宏 武, 牛立斌, 許云華 申請人:西安建筑科技大學