專利名稱：硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥環(huán)的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬壓力加工工具的生產(chǎn)方法，特別是一種帶吸震過渡層的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥環(huán)(軋輥)的生產(chǎn)方法。采用該方法生產(chǎn)的軋輥環(huán)尤其適合用于金屬型材的無切削加工。
背景技術(shù)：
與軋機(jī)配套用于軋制型材的軋輥環(huán)屬易耗、易損工具，隨著金屬型材軋制技術(shù)的發(fā)展、軋制速度的提高、應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，尤其對(duì)軋制大規(guī)格棒材、線材、管材等，傳統(tǒng)的整體式硬質(zhì)合金輥環(huán)因其重量大、加工難度大、廢品率高，工作時(shí)又易爆輥，加之在使用中的裝配、拆卸、修磨極不方便，因而，存在生產(chǎn)和使用成本高、合金資源浪費(fèi)大等弊病。針對(duì)這一弊病，目前較普遍使用的一種軋輥外環(huán)(層)采用硬質(zhì)合金，內(nèi)層采用韌性較好的高強(qiáng)度鋼質(zhì)材料，內(nèi)外層之間采用粘結(jié)劑粘合成的復(fù)合軋輥。專利號(hào)ZL00207309.9、發(fā)明名稱為《復(fù)合粘接硬質(zhì)合金軋輥》及其后續(xù)發(fā)明專利公開號(hào)為CN1389320A、名稱為《一種復(fù)合粘結(jié)硬質(zhì)合金軋輥的制造工藝》所公開的軋輥即為此種技術(shù)。此類采用有機(jī)膠將硬質(zhì)合金環(huán)套與芯套(軸)粘結(jié)成一體的方式生產(chǎn)的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥，雖然具有工藝較簡單，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，但由于硬質(zhì)合金外環(huán)與鋼質(zhì)(芯軸)熱膨脹系數(shù)相差一倍左右、結(jié)合層粘結(jié)強(qiáng)度又低于10MPa且耐高溫及耐沖擊性差，通常只能在軋制力小、抗扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力要求較低的生產(chǎn)條件下使用。針對(duì)常規(guī)采用粘結(jié)法生產(chǎn)硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥(環(huán))所存在的缺陷，專利號(hào)為ZL00234186.7，名稱為《碳化鎢復(fù)合軋輥結(jié)構(gòu)》的專利文獻(xiàn)公開了一種在碳化鎢外環(huán)與鋼質(zhì)內(nèi)環(huán)之間填充鎳、銅、銀等合金作硬焊材料并采用真空硬焊接將內(nèi)外兩層焊接成一體。該方法雖然具有焊結(jié)強(qiáng)度較高，其焊結(jié)層亦具有一定的吸震作用；但由于焊接溫度高、復(fù)合輥環(huán)存在熱應(yīng)力不均，硬質(zhì)合金外環(huán)易早期破壞等弊?。挥埠笇铀樾源?，易碎裂、加之硬焊層厚度(即焊縫間隙)要求在0.05-0.1mm之間，不但操困難、又影響其吸震效果，因而其耐沖擊性及使用壽命亦不理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是根據(jù)背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)一種采用低溫?zé)釓?fù)合工藝的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥環(huán)的生產(chǎn)方法，以克服背景技術(shù)因硬質(zhì)合金外環(huán)與鋼質(zhì)內(nèi)環(huán)(或芯軸)熱膨脹系數(shù)差異大、硬焊過渡層韌性較差，耐沖擊及吸震效果較差，使用壽命相對(duì)較短等弊病，而達(dá)到有效提高軋輥環(huán)過渡層的扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力、吸震及抗沖擊性和使用壽命等目的。
本發(fā)明的解決方案是采用膨脹系數(shù)介于硬質(zhì)合金外環(huán)與鋼質(zhì)內(nèi)環(huán)或芯軸之間，且與兩類材質(zhì)的結(jié)合力均強(qiáng)的以氧化銅與磷酸的絡(luò)合物為主成份的高強(qiáng)度的無機(jī)晶態(tài)材料作為聯(lián)結(jié)過渡層，并采用中低溫復(fù)合工藝使硬質(zhì)合金外環(huán)、過渡層及內(nèi)環(huán)或芯軸緊固聯(lián)結(jié)成一體。其原理是當(dāng)硬質(zhì)合金、鋼材與氧化銅和磷酸混合物在一定溫度條件下加熱時(shí)，氧化銅與磷酸相互作用，形成以CuO為基體，以磷酸氫鹽生長的離子鍵、氫鍵為結(jié)合力的高強(qiáng)度“無機(jī)晶態(tài)過渡層”，該過渡層即通過擴(kuò)散滲透、原子置換、表面沉積將其與硬質(zhì)合金外環(huán)及鋼質(zhì)內(nèi)環(huán)或芯軸緊固成一體，從而制得綜合性能優(yōu)異的復(fù)合軋輥環(huán)坯體。其主要物理化學(xué)反應(yīng)為(1)(2)所得的坯體經(jīng)常規(guī)精加工即制得目的物復(fù)合軋輥環(huán)或復(fù)合軋輥.因此，本發(fā)明方法包括A、制坯體將按常規(guī)要求生產(chǎn)的硬質(zhì)合金外環(huán)的內(nèi)環(huán)面及鋼質(zhì)內(nèi)環(huán)或芯軸的外環(huán)面上，分別沿軸向及徑向加工一組鍵槽，并將內(nèi)環(huán)或芯軸熱處理至硬度達(dá)HRC55-60，待用；各鍵槽的半徑為R0.1-4mm，而外環(huán)的內(nèi)環(huán)面與內(nèi)環(huán)或芯軸外環(huán)面之間的間隙為0.1-2.2mm；B、配制氧化銅——磷酸糊按每10ml磷酸溶液加入4-9g CuO的比例，在不高于10℃的低溫下，均勻混合，調(diào)制成氧化銅——磷酸糊；磷酸的重量百分比濃度≥85％；C、熱復(fù)合將調(diào)制好的氧化銅——磷酸糊均勻涂抹于硬質(zhì)合金外環(huán)的內(nèi)環(huán)面和鍵槽內(nèi)及內(nèi)環(huán)或芯軸的外環(huán)面和鍵槽內(nèi)后，再將外環(huán)套于內(nèi)環(huán)或芯軸上并相對(duì)旋轉(zhuǎn)使其涂層在兩者之間均勻分布，然后置于80-400℃溫度下熱復(fù)合8-24小時(shí)，冷卻后即得復(fù)合軋輥環(huán)初坯；D、精加工將制得的初坯按要求進(jìn)行常規(guī)精加工，便制得可加工不同規(guī)格型材的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥環(huán)；上述在80-400℃溫度下熱復(fù)合8-24小時(shí)，其復(fù)合可采用不同溫度段進(jìn)行，當(dāng)采用兩段加熱溫度時(shí)，首次加熱到80-200℃后保溫6-14小時(shí)，然后升溫到300-400℃后，保溫2-10小時(shí)。而熱復(fù)合加熱方法則采用在硬質(zhì)合金外環(huán)面纏繞帶溫控裝置的電加熱帶或?qū)⑵渲苯犹赘晒潭ㄊ诫娂訜崛?nèi)進(jìn)行。
本發(fā)明所采用的無機(jī)晶態(tài)過渡層的熱膨脹系數(shù)為8×10-6，介于鋼質(zhì)材料11×10-5與硬質(zhì)合金5.5×10-6的熱膨脹系數(shù)之間，內(nèi)應(yīng)力適中；經(jīng)測(cè)試平均扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力為40-52MPa，能承受1100-35℃溫度范圍內(nèi)的急冷急熱及耐沖擊頻率為170-280HZ的頻繁沖擊，且在高溫、高速工作狀態(tài)下復(fù)合輥不松動(dòng)、不變形；中軋使用壽命5000T以上，精軋使用壽命2000-3500T。因而具有抗扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力及復(fù)合強(qiáng)度高，耐急冷急熱及耐頻繁沖擊性強(qiáng)、吸震效果顯著，使用壽命長等特點(diǎn)。
附圖及


圖1為本發(fā)明復(fù)合輥環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為側(cè)視圖。
圖中1.硬質(zhì)合金外環(huán)、1-1.鍵槽，2.過渡(聯(lián)結(jié))層，3.內(nèi)環(huán)、3-1.鍵槽。
實(shí)施例1本實(shí)施例以規(guī)格為φ285×φ160×95mm硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥環(huán)為例，其生產(chǎn)方法為A、制坯體a.將牌號(hào)為ZY28、規(guī)格為φ285×φ160×95mm的硬質(zhì)合金毛坯的內(nèi)環(huán)面上順軸向等弧度加工160根半徑R1.2mm的鍵槽1-1，制得硬質(zhì)合金外環(huán)1的坯體，待用；b.將材質(zhì)為GCr15、規(guī)格為φ178.5×φ160×95mm的鋼質(zhì)內(nèi)環(huán)的外環(huán)面環(huán)形(沿徑向)加工30根半徑R1.0mm的鍵槽，經(jīng)淬火、時(shí)效處理至HRC55-60，再經(jīng)精整加工后，待用。
B、按每10ml磷酸溶液加5g CuO粉的比例調(diào)制氧化銅——磷酸糊；磷酸為濃度≥85％的工業(yè)純磷酸，調(diào)制時(shí)溫度控制在5℃左右。
C、熱復(fù)合將調(diào)制好的氧化銅——磷酸糊分別均勻涂抹于外環(huán)1的內(nèi)環(huán)面和鍵槽1-1內(nèi)及內(nèi)環(huán)3的外環(huán)面及鍵槽3-1內(nèi)后，將外環(huán)1套于內(nèi)環(huán)3.上，相對(duì)左、右旋轉(zhuǎn)至氧化銅——磷酸糊均勻分布于兩環(huán)體間隙內(nèi)后，置于內(nèi)徑為φ285mm，最高溫度500℃的可調(diào)式電加熱圈內(nèi)加熱到120℃、保溫10小時(shí)，再升溫至350℃，保溫8小時(shí)后，冷卻至常溫。
D、將上述熱復(fù)合成的坯體按常規(guī)要求精加工，即成。
實(shí)施例2本實(shí)施例硬質(zhì)合金外環(huán)1、與實(shí)施例1同；內(nèi)環(huán)3改為芯軸，該芯軸與外環(huán)1、配合處直徑仍為φ178.5mm、軸向?qū)?5mm，其上的鍵槽及氧化銅——磷酸糊的調(diào)制、熱復(fù)合工藝等亦均與實(shí)施例1、同。
權(quán)利要求
1.硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥環(huán)的生產(chǎn)方法，該方法包括A、制坯體將按常規(guī)要求生產(chǎn)的硬質(zhì)合金外環(huán)的內(nèi)環(huán)面及鋼質(zhì)內(nèi)環(huán)或芯軸的外環(huán)面上，分別沿軸向及徑向加工一組鍵槽，并將內(nèi)環(huán)或芯軸熱處理至硬度達(dá)HRC55-60，待用；各鍵槽的半徑為R0.1-4mm，而外環(huán)的內(nèi)環(huán)面與內(nèi)環(huán)或芯軸的外環(huán)面之間的間隙為0.1-2.2mm；B、配制氧化銅——磷酸糊按10ml磷酸溶液加入4-9g CuO的比例，在不高于10℃的低溫下均勻混合，調(diào)制成氧化銅——磷酸糊；磷酸的重量百分比濃度≥85％；C、熱復(fù)合將調(diào)制好的氧化銅——磷酸糊均勻涂抹于硬質(zhì)合金外環(huán)的內(nèi)環(huán)面和鍵槽內(nèi)及內(nèi)環(huán)或芯軸的外環(huán)面和鍵槽內(nèi)后，再將外環(huán)套于內(nèi)環(huán)或芯軸上并相對(duì)旋轉(zhuǎn)使其涂層在兩者之間均勻分布，然后在80-400℃溫度下熱復(fù)合8-24小時(shí)，冷卻后即得復(fù)合軋輥環(huán)初坯；D、精加工將制得的初坯按要求進(jìn)行常規(guī)精加工，便制得可加工不同規(guī)格型材的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥環(huán)；
2.按權(quán)利要求2所述復(fù)合軋輥環(huán)的生產(chǎn)方法，所述在80-400℃溫度下熱復(fù)合8-24小時(shí)，其復(fù)合可采用不同溫度段進(jìn)行，而當(dāng)采用兩段加熱溫度時(shí)，首次加熱到80-200℃后保溫6-14小時(shí)，然后升溫到300-400℃后，保溫2-10小時(shí)。
3.按權(quán)利要求1或2所述復(fù)合軋輥環(huán)的生產(chǎn)方法，其熱復(fù)合的加熱方法，采用在硬質(zhì)合金外環(huán)面纏繞帶溫控裝置的電加熱帶或?qū)⑵渲苯犹子诠潭ㄊ诫娂訜崛?nèi)進(jìn)行。
全文摘要
該發(fā)明屬于機(jī)械壓力加工用硬質(zhì)合金軋輥環(huán)的生產(chǎn)方法，包括制坯體、配制氧化銅——磷酸糊、熱復(fù)合及常規(guī)精加工。該方法由于采用膨脹系數(shù)介于硬質(zhì)合金與鋼質(zhì)材料之間的氧化銅與磷酸的絡(luò)合物作為無機(jī)晶態(tài)過渡層，通過中低溫復(fù)合將兩者緊固聯(lián)結(jié)成一體并具有吸震和抗沖擊作用；該發(fā)明具有復(fù)合強(qiáng)度高、扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力可達(dá)40－52MPa，耐急冷急熱及耐頻繁沖擊性強(qiáng)，吸震效果顯著，在高溫、高速工作狀態(tài)下不松勁、不變形，以及使用壽命長等特點(diǎn)。克服了背景技術(shù)存在的真空焊接溫度高、復(fù)合輥環(huán)存在應(yīng)力不均、硬質(zhì)合金外環(huán)易早期破壞以及硬焊層碎性大、易碎裂、吸震效果及耐沖擊性較差、使用壽命相對(duì)較短等弊病。
文檔編號(hào)B21B27/03GK1597161SQ20041004033
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者陳紅衛(wèi) 申請(qǐng)人:自貢硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司