用于制造復(fù)合輥的方法和由該方法制造的復(fù)合輥的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于制造復(fù)合輥(1)的方法，其中工作層(3)通過(guò)粉末的熱等靜壓被創(chuàng)建在基礎(chǔ)本體(2)上。為了使用于熱或冷的工作軋機(jī)的即便大的工作輥的生產(chǎn)能夠進(jìn)行，根據(jù)本發(fā)明提供的是，在主體(2)的熱等靜壓之后，輥頸(4)通過(guò)焊接被附接到所述主體(2)。本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明制造的復(fù)合輥(1)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制造復(fù)合輥的方法和由該方法制造的復(fù)合輥
[0001]本發(fā)明涉及用于制造復(fù)合輥的方法，其中工作層通過(guò)粉末的熱等靜壓被產(chǎn)生在基礎(chǔ)本體上。
[0002]本發(fā)明還涉及復(fù)合輥，所述復(fù)合輥包括基礎(chǔ)本體和通過(guò)粉末的熱等靜壓被施加到所述基礎(chǔ)本體的工作層，以及附接到所述基礎(chǔ)本體的側(cè)部的輥頸。
[0003]在當(dāng)今的相關(guān)技術(shù)中，用于平坦的鋼鐵產(chǎn)品(例如鋼帶或片狀鋼材)的熱工作輥幾乎專(zhuān)門(mén)被構(gòu)成為復(fù)合輥，所述復(fù)合輥已經(jīng)或者將會(huì)以離心鑄造工藝來(lái)制造。在本文中，集成外部工作層被提供來(lái)安裝在芯上，所述芯包括具有模制的輥頸的基礎(chǔ)本體。工作層通常由合金冷硬鑄鐵、高鉻合金鋼或工具鋼構(gòu)成。所述芯通常由球墨鑄鐵制成。除了這些之外，還存在這樣的輥，其中工作層圍繞鋼軸被鑄造。對(duì)于小軋機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，還存在這樣的輥，其中所述工作層通過(guò)粉末的熱等靜壓(在本行業(yè)內(nèi)被稱(chēng)為“HIP”)被施加。
[0004]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平，用于由鋼鐵或有色金屬材料制成的平坦的產(chǎn)品的冷工作輥以及用于有色金屬的熱工作輥由單個(gè)鍛鋼件來(lái)制造，并且在該過(guò)程中，輥的工作區(qū)域然后被硬化，尤其通過(guò)感應(yīng)硬化。
[0005]在棍的工程處理中，存在對(duì)通過(guò)進(jìn)一步減少磨損改善棍性能的需求。針對(duì)這一點(diǎn)，重要的是，工作層是盡可能的耐磨的，所述工作層形成在輥的基礎(chǔ)本體上并且在操作期間經(jīng)歷最大的應(yīng)力。從輥的耐磨性來(lái)說(shuō)，與工作層配合的基礎(chǔ)本體也是重要的并且也應(yīng)當(dāng)被優(yōu)化來(lái)使輥的耐久性最大化。最后，同樣的情況也適用于輥頸，所述輥頸被連接到驅(qū)動(dòng)單元并且力經(jīng)由所述輥頸被傳遞。
[0006]用于熱或冷帶鋼軋機(jī)的工作輥沿輥的縱向軸具有大的尺寸，這可以容易地達(dá)到數(shù)米。這些大尺寸使得更難以便宜的方式生產(chǎn)高耐磨性的輥。
[0007]本發(fā)明的目的在于提供在介紹中描述的類(lèi)型的方法，利用該方法可以有效地且符合成本效益地制造高耐磨復(fù)合輥，并且同時(shí)，該方法針對(duì)不同輥尺寸來(lái)說(shuō)還應(yīng)當(dāng)是靈活的。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供在介紹中描述的類(lèi)型的復(fù)合輥，該復(fù)合輥可以在不考慮其長(zhǎng)度的情況下，被有效地且符合成本效益地大規(guī)模制造。
[0009]如果在介紹中描述的類(lèi)型的方法中，在基礎(chǔ)本體的熱等靜壓之后輥頸通過(guò)焊接被附接到基礎(chǔ)本體，則本發(fā)明的與方法相關(guān)的目的被解決。
[0010]本發(fā)明使用這樣的發(fā)現(xiàn)，S卩，與專(zhuān)家預(yù)期相反的是，用來(lái)在操作期間傳遞力的輥頸無(wú)需與基礎(chǔ)本體一體構(gòu)造或者通過(guò)緊固裝置固定到基礎(chǔ)本體，而是也可以隨后通過(guò)焊接被附接。令人^(喜的是，已經(jīng)表明在操作期間，在輥頸和基礎(chǔ)本體之間的接合處的相應(yīng)焊縫是足夠穩(wěn)固的，以承受即便是高的負(fù)載。因?yàn)檩侇i直到后來(lái)才被附接，所以還可能的是，使用這樣的基礎(chǔ)本體，該基礎(chǔ)本體具有利用當(dāng)前可用于熱等靜壓的最大機(jī)器的尺寸，有4.0米的工作區(qū)。因此，一方面，高耐磨復(fù)合輥可以被制造，因?yàn)楣ぷ鲗油ㄟ^(guò)熱等靜壓被施加，針對(duì)該熱等靜壓可以不費(fèi)力地找到適合的粉末(例如，工具鋼粉末)。另一方面，利用現(xiàn)有熱等靜壓機(jī)器的尺寸意味著復(fù)合輥也可以被制造為具有對(duì)應(yīng)的工作層尺寸，這一點(diǎn)通過(guò)輥頸隨后被附接的事實(shí)而成為可能。
[0011]如果輥頸通過(guò)電子束焊接被附接到基礎(chǔ)本體是尤為有益的。電子束焊接僅導(dǎo)致高度局部化的加熱，從而在焊接期間基礎(chǔ)本體不經(jīng)歷熱應(yīng)力或者針對(duì)基礎(chǔ)本體的熱負(fù)載是極低的。這是尤為有益的，因?yàn)閺?fù)合輥的最大使用壽命不是單獨(dú)由工作層來(lái)決定的，而且也是由基礎(chǔ)本體和輥來(lái)決定的。
[0012]可建議的是，輥頸在焊接時(shí)被定位地固定在基礎(chǔ)本體上，以確保在輥頸和本體之間獲得可能的最完美的接合。定位和固定可以以定位焊機(jī)、冷縮配合連接的方式或者如果基礎(chǔ)本體的設(shè)計(jì)和輥頸允許其通過(guò)拉桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。輥頸和基礎(chǔ)本體之間的螺紋連接也是可能的，從而待焊接物品在焊接期間相對(duì)于彼此是不可動(dòng)的。
[0013]在優(yōu)選的變化方式中，貫通孔在熱等靜壓操作之前被創(chuàng)建在基礎(chǔ)本體中。所述孔優(yōu)選地由切割方法(優(yōu)選地，鉆孔)形成?；A(chǔ)本體中的貫通孔便利磨損性質(zhì)以及基礎(chǔ)本體的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的受控調(diào)節(jié)。
[0014]在熱等靜壓中，粉末通常被圍包在金屬外殼中，所述金屬外殼被選定尺寸從而在與燒結(jié)相關(guān)聯(lián)的收縮之后，獲得期望的膜厚度?；A(chǔ)本體可以被提供得比工作層更長(zhǎng)，并且在至少一個(gè)位置，優(yōu)選地在兩端部處，突伸到金屬外殼或粉末壓制筒之外，所述金屬外殼或粉末壓制筒被橫向地附接到基礎(chǔ)本體?；A(chǔ)本體則略長(zhǎng)于工作層，這具有如下益處，即在隨后的輥頸焊接期間，工作層不會(huì)受到焊接操作期間生成的熱的損害。如果孔或洞被提供在基礎(chǔ)本體中，并且所述孔或洞在熱等靜壓期間從壓制筒向外延伸，這還具有如下益處，即所述本體中的溫度梯度在加熱期間被顯著降低，然而在其外側(cè)的燒結(jié)導(dǎo)致粉末(例如，工具鋼粉末)的加工。
[0015]有利的是，進(jìn)行熱等靜壓的基礎(chǔ)本體被制備為具有壓制筒的緊固區(qū)域中的尺寸余量。緊固區(qū)域位于基礎(chǔ)本體的端部。如果尺寸余量被提供在該處，則進(jìn)行等靜壓的壓制筒可以被附接在該處。然后，壓制筒和其他區(qū)域中的基礎(chǔ)本體之間的距離被確定。在熱等靜壓期間，工作層由粉末被形成在對(duì)應(yīng)的自由空間中，所述粉末被填充到所述自由空間中。
[0016]可能提供的是，在熱等靜壓之前，基礎(chǔ)本體被預(yù)熱。預(yù)熱具有如下益處，即當(dāng)工作層通過(guò)熱等靜壓被施加時(shí)會(huì)不利地影響本體的微觀結(jié)構(gòu)的大的溫度梯度在基礎(chǔ)本體或輥中不被創(chuàng)建。原則上，預(yù)熱可以以無(wú)論何種的任何形式實(shí)施，但應(yīng)當(dāng)考慮基礎(chǔ)本體中的溫度梯度。優(yōu)選的是通過(guò)傳導(dǎo)加熱進(jìn)行預(yù)熱，因?yàn)樵谶@種情況下，溫度梯度趨向于零。
[0017]為了保持加工持續(xù)時(shí)間盡可能的短，基礎(chǔ)本體可以在熱等靜壓之后在仍是熱的時(shí)從壓制筒被移除。然而，也是可能的是，基礎(chǔ)本體與所施加的工作層被允許以通常的方式慢慢冷卻。
[0018]在熱等靜壓之后，在輥頸被焊接上之前，尤其為了優(yōu)化其機(jī)械性能，基礎(chǔ)本體和工件層一起可以經(jīng)歷熱處理。
[0019]用作基礎(chǔ)本體，可容易焊接的鋼鐵是優(yōu)選的。出于該目的，特別地，慣常的鍛鋼是適合的，例如，具有按重量計(jì)0.14至0.19%的碳、按重量計(jì)不多于0.40%的娃、按重量計(jì)1.0至1.3%的錳以及按重量計(jì)0.80至1.1%的鉻的鋼。這樣的鍛鋼也經(jīng)常以指示標(biāo)號(hào)16MnCr5列出并且對(duì)應(yīng)于材料號(hào)DIN 1.7131和1.7139。
[0020]為實(shí)現(xiàn)輥頸和基礎(chǔ)本體之間最佳的可能接合，如果在輥頸通過(guò)焊接被附接之前基礎(chǔ)本體的端面以機(jī)械的方式(尤其是磨制)被加工，這會(huì)是有益的。
[0021]本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是利用在介紹中描述的類(lèi)型的復(fù)合輥實(shí)現(xiàn)的，輥頸被焊接到所述復(fù)合輥。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合輥可以被有效地且便宜地制造，即便是在其尺寸達(dá)到四米或更大的情況下。在本文中，輥頸優(yōu)選地通過(guò)電子束焊接被焊接上，因?yàn)檫@導(dǎo)致焊接期間針對(duì)基礎(chǔ)本體的極少或沒(méi)有熱負(fù)載。
[0023]優(yōu)選的是，基礎(chǔ)本體沿其縱向軸具有貫通孔，因?yàn)樵摱丛试S基礎(chǔ)本體的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)被控制，也導(dǎo)致較低的溫度梯度的出現(xiàn)，特別是在制造期間，這使得基礎(chǔ)本體能夠在淬火或硬化期間從內(nèi)側(cè)冷卻。
[0024]如前面指出的，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合輥的基礎(chǔ)本體優(yōu)選地由熱成形的鋼鐵(特別是鍛鋼)構(gòu)成，所述熱成形的鋼鐵優(yōu)選地是可容易焊接的。
[0025]本發(fā)明的進(jìn)一步的特征、優(yōu)點(diǎn)和效果從下面示出的實(shí)施方案將變得明顯。在將會(huì)對(duì)其進(jìn)行參照的附圖中:
[0026]圖1示出在熱等靜壓之前的基礎(chǔ)本體坯件；
[0027]圖2示出圖1的基礎(chǔ)本體在用于熱等靜壓的壓制筒中；
[0028]圖3示出復(fù)合輥。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的方法將參照?qǐng)D1至圖3被更加詳細(xì)地說(shuō)明。圖1示出基礎(chǔ)本體2或輥坯件。所述基礎(chǔ)本體2坯件通常由可容易焊接的鍛鋼(例如，具有符合DIN 1.7131的復(fù)合物的鋼)制成，并且，沿縱向軸X(直到端部21、22)具有圓形截面。尺寸余量被增加到所述片的端部21、22。在端部21、22的該余量主要地根據(jù)正被制造的輥的脫模直徑被選定尺寸。
[0030]在圖2中，來(lái)自圖1的所述基礎(chǔ)本體2坯件與壓制筒6或金屬外殼一起被示出。壓制筒6在尺寸余量的區(qū)域中，以大致居中的方式被附接(例如，通過(guò)焊接)在所述基礎(chǔ)本體2坯件的端部21、22上。由粉末冶金過(guò)程生產(chǎn)的工具鋼粉末被放置在壓制筒6和所述基礎(chǔ)本體2坯件之間的自由空間中，這是通過(guò)壓制筒6在尺寸余量的區(qū)域中或者在端部21、22的附接創(chuàng)建的，在熱等靜壓之后，所述粉末隨后形成工作層3。如在圖2中所示的，所述本體2坯件伸出超過(guò)壓制筒6的端部21、22。在壓制筒中的熱等靜壓期間，這一點(diǎn)具有如下益處，即對(duì)流還出現(xiàn)在被提供有中心孔或鉆孔5的基礎(chǔ)本體2的內(nèi)部中，由此使基礎(chǔ)本體2中的熱負(fù)載和溫度梯度最小化。在工作層3已經(jīng)通過(guò)熱等靜壓(通常在從1050°C至1250°C的溫度范圍內(nèi)并且在從約100至150 MPa的壓力下，在惰性氣體(例如氬或氮)環(huán)境下)被施加之后，基礎(chǔ)本體2與所施加的工作層3 —起從輥腔被取出并且壓制筒6被卸除。作為熱等靜壓的結(jié)果，工作層3被永久地附接到基礎(chǔ)本體2。工作層3長(zhǎng)度方向的延伸被選擇，以致其在輥本體的整個(gè)輥長(zhǎng)度(換言之，不包括端部21、22的基礎(chǔ)本體2的相應(yīng)地選定尺寸的長(zhǎng)度)上延伸。兩個(gè)輥頸4則被固定在基礎(chǔ)本體2的端面上，其中所述端面可以已經(jīng)被機(jī)加工，例如，磨制。端部21、22處的尺寸余量的區(qū)域還可以通過(guò)車(chē)削被移除。針對(duì)這一點(diǎn)，兩個(gè)輥頸4首先以最小間隙由固定的方式被設(shè)置為相對(duì)于端面是齊平的。如果輥頸4如基礎(chǔ)本體2那樣被配備有中心縱向延伸的孔或洞，則輥頸4可以使用橫拉桿被對(duì)齊。如果輥頸4被構(gòu)造為不具有這樣的洞，如所圖示說(shuō)明的那樣，則它們可以通過(guò)適合的壓制裝置(例如，液壓致動(dòng)活塞)被壓抵端面。當(dāng)輥頸4抵靠基礎(chǔ)本體2的端面被設(shè)置時(shí)，在下一步驟中，輥頸4通常以10_3毫巴或更小的壓力通過(guò)電子束焊接被附接到基礎(chǔ)本體2。根據(jù)圖3的復(fù)合輥I由此基本上被完成。在仍然存在尺寸余量的地方，端部21、22的區(qū)域通過(guò)修整工藝來(lái)進(jìn)行后加工，以露出所述側(cè)部的工作層，如果這未曾被完成的話。在此之后，輥經(jīng)歷精加工。
[0031]在實(shí)踐測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明制造的復(fù)合輥I能夠經(jīng)受高負(fù)載，盡管輥頸4通過(guò)焊接被附接。在本文中，制造過(guò)程使得可能構(gòu)造沿縱向軸X具有大于四米的總長(zhǎng)度的復(fù)合輥1，從而復(fù)合輥I可以尤其被用作熱工作或冷工作生產(chǎn)線中的輥，主要用于處理鋼帶或片狀鋼材的半成品。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造復(fù)合輥(I)的方法，其中工作層(3)通過(guò)粉末的熱等靜壓被創(chuàng)建在基礎(chǔ)本體(2)上，其特征在于，在所述基礎(chǔ)本體(2)的熱等靜壓之后，輥頸(4)通過(guò)焊接被附接到所述基礎(chǔ)本體(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述輥頸(4)通過(guò)電子束焊接被附接到所述基礎(chǔ)本體⑵。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，輥頸(4)在焊接期間以固定方式被定位在所述基礎(chǔ)本體(2)上。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，貫通孔(5)在所述熱等靜壓之前被創(chuàng)建在所述基礎(chǔ)本體(2)中。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基礎(chǔ)本體(2)被附接在用于熱等靜壓的壓制筒(6)中的側(cè)區(qū)域中，其中所述基礎(chǔ)本體⑵在至少一個(gè)位置，優(yōu)選地為在兩端部(21、22)處，突伸到所述壓制筒(6)之外。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基礎(chǔ)本體(2)被制備為具有用于熱等靜壓的所述壓制筒￠)的緊固區(qū)域中的尺寸余量。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基礎(chǔ)本體(2)在所述熱等靜壓之前被預(yù)熱。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述預(yù)熱通過(guò)傳導(dǎo)加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在熱等靜壓之后，所述基礎(chǔ)本體(2)在仍為熱的時(shí)從壓縮室被移除。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述熱等靜壓之后且在所述輥頸(4)的焊接之前，所述基礎(chǔ)本體(2)和所述工作層(3) —起經(jīng)歷熱處理。
11.如權(quán)利要求1至10中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，可容易焊接的鋼鐵被用于所述基礎(chǔ)本體(2)。
12.如權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基礎(chǔ)本體(2)的端面在所述輥頸(4)被焊接在其上之前以機(jī)械的方式被制造，特別是磨制。
13.一種復(fù)合輥(I)，所述復(fù)合輥(I)包括基礎(chǔ)本體(2)和通過(guò)粉末的熱等靜壓被施加到所述基礎(chǔ)本體(2)的工作層(3)，以及附接到所述基礎(chǔ)本體(2)的側(cè)部的輥頸(4)，其特征在于，所述輥頸(4)被焊接在所述基礎(chǔ)本體(2)上。
14.如權(quán)利要求13所述的復(fù)合輥(I)，其特征在于，所述輥頸(4)通過(guò)電子束焊接被焊接在所述基礎(chǔ)本體(2)上。
15.如權(quán)利要求13或14所述的復(fù)合輥(I)，其特征在于，所述基礎(chǔ)本體(2)具有沿其縱向軸⑴延伸的貫通孔(5)。
16.如權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的復(fù)合輥(I)，其特征在于，所述基礎(chǔ)本體(2)由可容易焊接的鋼鐵構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】B23K15/04GK104411420SQ201380034293
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月26日
【發(fā)明者】卡爾·H·施羅德 申請(qǐng)人:卡爾·H·施羅德