一種梯度結(jié)構(gòu)型硬質(zhì)合金輥環(huán)及其制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種梯度結(jié)構(gòu)型硬質(zhì)合金輥環(huán)及其制造工藝，輥環(huán)外層和輥環(huán)芯部之間形成成分梯度，輥環(huán)外層和輥環(huán)芯部均有不同質(zhì)量含量的硬質(zhì)料、粘結(jié)料和/或添加劑，將硬質(zhì)料、粘結(jié)料和/或添加劑球磨混料成為輥環(huán)球磨混料，將其干燥、摻蠟再干燥，把摻蠟的輥環(huán)外層球磨混料和摻蠟的輥環(huán)芯部球磨混料分層鋪疊裝粉，冷壓成型成為輥環(huán)坯料，將輥環(huán)坯料進(jìn)行燒結(jié)脫蠟成為硬質(zhì)合金，經(jīng)過(guò)熱處理后成為硬質(zhì)合金輥環(huán)，這種有成分梯度的硬質(zhì)合金輥環(huán)其表面耐磨度得到明顯提高，使用壽命在同等磨損條件下提高15%左右，生產(chǎn)成本降低，實(shí)用和推廣價(jià)值顯而易見(jiàn)。
【專利說(shuō)明】一種梯度結(jié)構(gòu)型硬質(zhì)合金輥環(huán)及其制造工藝
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種輥環(huán)及制造工藝，尤其涉及一種在軋制板材或型材時(shí)裝于軋輥輥身上的有成分梯度的硬質(zhì)合金輥環(huán)及其制造工藝。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]在高速線材生產(chǎn)中，硬質(zhì)合金輥環(huán)由于硬度高、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)在線材軋機(jī)、棒材軋機(jī)上得到了較好的應(yīng)用。但是硬質(zhì)合金輥環(huán)價(jià)格較高，投資大，特別鎢、鈷價(jià)格猛漲使硬質(zhì)合金輥環(huán)價(jià)格成倍增加。與整體輥環(huán)相比，復(fù)合輥環(huán)可大量節(jié)約硬質(zhì)合金原料用量，生產(chǎn)成本比整體輥環(huán)低得多。
[0005]梯度復(fù)合型硬質(zhì)合金輥環(huán)通過(guò)采用內(nèi)、外層復(fù)合成分設(shè)計(jì)制備復(fù)合型硬質(zhì)合金輥環(huán)，通過(guò)復(fù)合成分設(shè)計(jì)，減少了鎢、鈷為高價(jià)生產(chǎn)原料的使用含量，降低輥環(huán)的生產(chǎn)成本，使硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)既具有單一材質(zhì)硬質(zhì)合金輥環(huán)的優(yōu)點(diǎn)，又具有良好強(qiáng)度和韌性、延性的優(yōu)點(diǎn)，提高了輥環(huán)使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0006]在高速線材生產(chǎn)中，硬質(zhì)合金輥環(huán)由于硬度高、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)線材高速軋制，軋制產(chǎn)品的精度高、表面質(zhì)量好，得到高度評(píng)價(jià)。但是硬質(zhì)合金輥環(huán)價(jià)格較高，投資大，推廣應(yīng)用較為困難，而且基本上都是由瑞典SANDVIK公司制造，他們的產(chǎn)品已在線材軋機(jī)、棒材軋機(jī)、小型材軋機(jī)及三輥軋機(jī)系列上得到了較好的應(yīng)用。與整體輥環(huán)相比，復(fù)合輥環(huán)可大量節(jié)約硬質(zhì)合金用量，生產(chǎn)成本比整體輥環(huán)低得多，復(fù)合輥環(huán)在價(jià)格、性能上的優(yōu)勢(shì)，將逐步替代原來(lái)的整體輥環(huán)。
[0007]目前硬質(zhì)合金棍環(huán)材料主要有WC/Co硬質(zhì)合金與TiC硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金，也有部分采用內(nèi)部使用鑄鐵的復(fù)合輥環(huán)；但是這些輥環(huán)均存軋槽表面易產(chǎn)生微裂紋并迅速擴(kuò)展造成輥環(huán)碎裂等問(wèn)題，特別是近幾年國(guó)際鎢、鈷等價(jià)格猛漲，以鎢、鈷為主要生產(chǎn)原料的硬質(zhì)合金輥環(huán)價(jià)格也隨之成倍增加。
[0008]復(fù)合型硬質(zhì)合金輥環(huán)通過(guò)采用內(nèi)外層復(fù)合成分設(shè)計(jì)制備復(fù)合型硬質(zhì)合金輥環(huán)，在保證硬質(zhì)合金輥環(huán)高速軋制下耐磨等優(yōu)點(diǎn)條件下，通過(guò)復(fù)合成分設(shè)計(jì)，減少了鎢、鈷為高價(jià)生產(chǎn)原料的使用含量，降低輥環(huán)的生產(chǎn)成本，使硬質(zhì)合金復(fù)合輥環(huán)既具有單一材質(zhì)硬質(zhì)合金輥環(huán)在高溫、高壓力下、高摩擦力條件下軋出高質(zhì)量的金屬制品的優(yōu)點(diǎn)，又具有良好強(qiáng)度和韌性、延性的優(yōu)點(diǎn)，適合在有沖擊的條件下工作，降低輥環(huán)的碎輥率，提高輥環(huán)使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量，特別是對(duì)于大規(guī)格的輥環(huán)更能體現(xiàn)出這些優(yōu)勢(shì)。
[0009]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種提高輥環(huán)表面耐磨性、延長(zhǎng)輥環(huán)使用使命、降低輥環(huán)制造成本的有成分梯度的結(jié)構(gòu)型硬質(zhì)合金棍環(huán)及其制造工藝。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:所述的一種梯度結(jié)構(gòu)型硬質(zhì)合金輥環(huán)包括輥環(huán)外層和輥環(huán)芯部，輥環(huán)外層配置在輥環(huán)芯部的外表面，在輥環(huán)外層同輥環(huán)芯部之間有互熔層。輥環(huán)外層的材質(zhì)為硬質(zhì)料、粘結(jié)料和添加劑,輥環(huán)芯部的材質(zhì)為硬質(zhì)料和粘結(jié)料，在輥環(huán)外層和輥環(huán)芯部之間形成成分梯度。
[0012]輥環(huán)外層中的硬質(zhì)料的質(zhì)量百分含量=82?90、粘結(jié)料的質(zhì)量百分含量=9.0?17.8以及添加劑的質(zhì)量百分含量=0.2?1.0，該組合物中各組分質(zhì)量百分含量之和為100，其中
硬質(zhì)料選自WC和陶瓷，粒徑為0.5μπι?7.Ομπι，兩者的質(zhì)量比為WC:陶瓷=1:1。
[0013]粘結(jié)料選自Ni和Co，粒徑為L(zhǎng)Oym?7.0μπι，兩者的質(zhì)量比為Ni = Co = 1.0:1.1。
[0014]添加劑選自W、TaC和Cr3C2，它們的粒徑為1.5 μ m?7.5 μ m，三者的質(zhì)量比為VC:TaC:Cr3C2=l:l:l。
[0015]棍環(huán)芯部中硬質(zhì)料的質(zhì)量百分含量=72?85,粘結(jié)料的質(zhì)量百分含量=15?28，該組合物中各組分質(zhì)量百分含量之和為100，其中
硬質(zhì)料選自WC和陶瓷，粒徑為1.Ομπι?10.Ομπι，兩者的質(zhì)量比為WC:陶瓷=
1.0:1.1。
[0016]粘結(jié)料選自Fe，徑粒為2.Ομπι?12.Ομπι ;
用于輥環(huán)外層中的硬質(zhì)料、粘結(jié)料和添加劑放入球磨機(jī)內(nèi)球磨混料成為輥環(huán)外層球磨混料，當(dāng)輥環(huán)外層球磨混料均勻后取出在50°C?120°C下干燥12h?24h，向干燥后的輥環(huán)外層球磨混料中摻蠟，控制摻入蠟質(zhì)量與輥環(huán)外層球磨混料質(zhì)量之比為(0.8?2.5):100,再將摻有蠟的輥環(huán)外層球磨混料自然干燥。所述蠟為工業(yè)用蠟。
[0017]將用于輥環(huán)芯部中的硬質(zhì)料和粘結(jié)料放入球磨機(jī)內(nèi)球磨混料成為輥環(huán)芯部球磨混料，當(dāng)輥環(huán)芯部球磨混料均勻后取出在50°C?120°C干燥14h?24h，向干燥后的輥環(huán)芯部球磨混料中摻蠟，摻入蠟的質(zhì)量與輥環(huán)芯部球磨混料的質(zhì)量之比(0.8?2.5):100，再將摻有蠟的輥環(huán)芯部球磨混料自然干燥，所述摻入的蠟為工業(yè)蠟。
[0018]將摻蠟干燥后的輥環(huán)外層球磨混料和摻蠟干燥后的輥環(huán)芯部球磨混料分層鋪疊裝粉，冷壓成型為輥環(huán)坯料，控制冷壓機(jī)壓強(qiáng)為150MPa?300MPa，把冷壓成型的輥環(huán)坯料在溫度1400°C?1650°C下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為0.5h?1.5h，對(duì)輥環(huán)的坯料進(jìn)行燒結(jié)脫蠟成為硬質(zhì)合金輥環(huán)，對(duì)燒結(jié)脫蠟后的輥環(huán)在900°C?1250°C /IOmin?45min淬水，在450°C?750°C /1.0h ?3.0h 回火。
[0019]采用如上技術(shù)方案提供的一種梯度結(jié)構(gòu)型硬質(zhì)合金輥環(huán)及其制造工藝與現(xiàn)有技術(shù)相比，技術(shù)效果在于:
①由于所述的硬質(zhì)合金輥環(huán)分為輥環(huán)外層和輥環(huán)芯部，輥環(huán)外層和輥環(huán)芯部的硬質(zhì)料中都有微米級(jí)的(工業(yè))陶瓷粉，它能提高輥環(huán)的表面耐磨度，使輥環(huán)的表面耐磨性得到明
顯改善。
[0020]②為成分梯度的硬質(zhì)合金輥環(huán)的使用壽命在同等磨損條件年提高10%?20%。
[0021]③由于所述的硬質(zhì)合金輥環(huán)通過(guò)復(fù)合材料設(shè)計(jì)，減少了高價(jià)的鎢、鈷含量，降低了輥環(huán)制作成本，使硬質(zhì)合金輥環(huán)具有良好強(qiáng)度、韌性和延性的優(yōu)點(diǎn)，降低了輥環(huán)的破輥率，在提聞棍環(huán)使用壽命的同時(shí)又可提聞廣品質(zhì)量。[0022]
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述的一種梯度結(jié)構(gòu)型硬度合金輥環(huán)的正向剖視示意圖，亦為本發(fā)明的商要附圖。
[0024]
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0026]所述的一種梯度結(jié)構(gòu)型硬質(zhì)合金輥環(huán)包括輥環(huán)外層I和輥環(huán)芯部2，輥環(huán)外層I配置在輥環(huán)芯部2的外表面，在輥環(huán)外層I同輥環(huán)芯部2之間有互熔層3。
[0027]一、有關(guān)輥環(huán)外層I和輥環(huán)芯部2材質(zhì)的選用:
輥環(huán)外層I的材質(zhì)為硬質(zhì)料、粘結(jié)料及添加劑，而輥環(huán)芯部2的材質(zhì)為硬質(zhì)料和粘結(jié)料，輥環(huán)外層I和輥環(huán)芯部2之間形成成分梯度，即采用了不同粒徑的相同材質(zhì)，也采用了不同粒徑的不同材質(zhì)。
[0028]輥環(huán)外層I中各材質(zhì)的質(zhì)量百分含量(wt%)為:硬質(zhì)料=82~90、粘結(jié)料=9.0~17.8及添加劑=0.2~1.0，使該組合物(混合物)中各組分的質(zhì)量百分含量之和為100，其中
硬質(zhì)料選自碳化鎢WC和陶瓷，兩者的質(zhì)量比為WC:陶瓷=1: 1，所述陶瓷為工業(yè)用陶瓷(如鋁基75瓷))，它們的粒徑為0.5μπι~7.Ομπι。粘結(jié)料選自鎳(Ni )和鈷(Co)，鎳和鈷的粒徑為1.Ομπι~7.Ομπι，兩者的質(zhì)量配比為N1: Co=L O: 1.1。添加劑選自碳化釩(VC)、碳化鉭(TaC)和碳化鉻(Cr3C2),它們的粒徑為1.5 μ m~7.5 μ m，三者的質(zhì)量比為VC:TaC:Cr3C2=l:l:l。
[0029]輥環(huán)芯部2中各材質(zhì)的質(zhì)量百分含量(wt%)為:硬質(zhì)料=72~85，粘結(jié)料=15~20，使該組合物(混合物)中各組分的質(zhì)量百分含量之和為100，其中
硬質(zhì)料選自(中顆粒)碳化鎢(WC)和陶瓷，它們的粒徑為1.0 μ m~10.0 μ m，兩者的質(zhì)量配比為WC:陶瓷=1.0:1.1，所述陶瓷為工業(yè)用陶瓷(如鋁基95瓷);粘結(jié)料選自鐵，即Fe基，粒徑為2.0 μ m~12.0 μ m。
[0030]上述WC、VC、TaC及Cr3C2及陶瓷在材料中起到提供耐磨硬質(zhì)相的作用，主要起到增強(qiáng)輥環(huán)耐磨性、延長(zhǎng)輥環(huán)工作壽命的作用，而N1、Co和Fe在材料中的作用為粘接(結(jié)))各硬質(zhì)陶瓷顆粒，使輥環(huán)具有足夠強(qiáng)度和塑性、韌性，適合在一定沖擊作用力下工作。
[0031]二、輥環(huán)的制造工藝:
將輥環(huán)外層I所采用的其質(zhì)量百分含量(Wt%)為82~90的硬質(zhì)料用碳化鎢粉和陶瓷粉、9.0~17.8的粘結(jié)料用鎳粉和鈷粉以及0.2~1.0的添加劑碳化釩粉、碳化鉭粉和碳化鉻粉(同時(shí)或分批)放入球磨機(jī)內(nèi)環(huán)磨混料成為輥環(huán)外層球磨混料，當(dāng)輥環(huán)外層球磨混料均勻后取出在50°C~120°C下干燥12h~24h，向干燥后的輥環(huán)外層球磨混料中摻蠟(即向干燥后的輥環(huán)外層球磨混料中摻入微米級(jí)工業(yè)用蠟粒)，摻入的蠟的質(zhì)(重)量與輥環(huán)外層球磨混料質(zhì)量(重量)之比控制在(0.8~2.5):100，再將摻有蠟的輥環(huán)外層球磨混料自然干燥。[0032]將輥環(huán)芯部2所采用的其質(zhì)量百分含量(wt%)為72?85的硬質(zhì)料用碳化鎢粉和陶瓷粉及15?28的粘結(jié)料用鐵粉(同時(shí)或分批)放入球磨機(jī)內(nèi)球磨混料成為輥環(huán)芯部球磨混料，當(dāng)輥環(huán)芯部球磨混料均勻后取出在50°C?120°C干燥14h?24h，向干燥后的輥環(huán)芯部球磨混料中摻蠟(即向干燥后的輥環(huán)芯部球磨混料中摻入微米級(jí)工業(yè)用蠟粒)，控制摻蠟的質(zhì)量與輥環(huán)芯部球磨混料質(zhì)量之比為(0.8?2.5):100,再將摻有蠟的輥環(huán)芯部球磨混料自然干燥。
[0033]將摻蠟干燥的輥環(huán)外層球磨混料和摻蠟干燥的輥環(huán)芯部球磨混料分層鋪疊裝粉，裝粉時(shí)(最佳)選擇輥環(huán)外層球磨混料和輥環(huán)芯部球磨混料相同的重量(質(zhì)量)比，或根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)配。用冷壓機(jī)冷壓成型為輥環(huán)坯料，冷壓機(jī)的壓強(qiáng)控制在150MPa?300MPa。把冷壓成型的輥環(huán)坯料在溫度為1400°C?1650°C下燒結(jié)0.5h?1.5 h對(duì)輥環(huán)坯料進(jìn)行燒結(jié)脫蠟(脫脂)，嚴(yán)格控制燒結(jié)參數(shù)，使在輥環(huán)外層I和輥環(huán)芯部2的交界面處形成互熔層3，結(jié)合緊密成為硬質(zhì)合金輥環(huán)，輥環(huán)外層I和輥環(huán)芯部2中各成分只在互熔層3中滲透，不會(huì)有過(guò)深的擴(kuò)散。將燒結(jié)脫蠟后的輥環(huán)在900°C?1250°C /IOmin?45min淬火，其后在450°C?750°C /1.0h?3.0h回火，對(duì)經(jīng)熱處理后的輥環(huán)進(jìn)行精密加工變成所述的成分梯度結(jié)構(gòu)型硬度合金輥環(huán)，可根據(jù)用戶(或現(xiàn)場(chǎng))需要在輥環(huán)外層I的表面加工不同規(guī)格的孔型。
【權(quán)利要求】
1.一種梯度結(jié)構(gòu)型硬質(zhì)合金輥環(huán)，包括輥環(huán)外層(I)和輥環(huán)芯部(2)，其特征在于:輥環(huán)外層(I)配置在輥環(huán)芯部(2)的外表面，在輥環(huán)外層(I)同輥環(huán)芯部(2)之間有互熔層(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種梯度結(jié)構(gòu)型硬度合金輥環(huán)的制造工藝，其特征在于:輥環(huán)外層(I)的材質(zhì)為硬質(zhì)料、粘結(jié)料和添加劑,輥環(huán)芯部(2)的材質(zhì)為硬質(zhì)料和粘結(jié)料，在輥環(huán)外層(I)和輥環(huán)芯部(2)之間形成成分梯度； 輥環(huán)外層(I)中的硬質(zhì)料的質(zhì)量百分含量=82?90、粘結(jié)料的質(zhì)量百分含量=9.0?17.8以及添加劑的質(zhì)量百分含量=0.2?1.0，該組合物中各組分質(zhì)量百分含量之和為100，其中 硬質(zhì)料選自WC和陶瓷，粒徑為0.5μπι?7.Ομπι，質(zhì)量比為WC:陶瓷=1:1 ； 粘結(jié)料選自Ni和Co，粒徑為1.Ομπι— 7.0 μ m，質(zhì)量比為N1: Co = 1.0: 1.1 ； 添加劑選自VC、TaC和Cr3C2，粒徑為1.5 μ m?7.5 μ m，質(zhì)量比為VC: TaC: Cr3C2=1:1:1 ；輥環(huán)芯部(2)中硬質(zhì)料的質(zhì)量百分含量=72?85，粘結(jié)料的質(zhì)量百分含量=15?28，該組合物中各組分質(zhì)量百分含量之和為100，其中 硬質(zhì)料選自WC和陶瓷，粒徑為Ι.Ομπι?10.0 μ m，質(zhì)量比為WC:陶瓷=1.0:1.1 ； 粘結(jié)料選自Fe，徑粒為2.0 μ m?12.0 μ m ; 所述陶瓷為工業(yè)用陶瓷； 將用于輥環(huán)外層(I)中的硬質(zhì)料、粘結(jié)料和添加劑放入球磨機(jī)內(nèi)球磨混料成為輥環(huán)外層球磨混料，當(dāng)輥環(huán)外層球磨混料均勻后取出在50°C?120°C下干燥12h?24h，向干燥后的輥環(huán)外層球磨混料中摻蠟，控制摻入蠟質(zhì)量與輥環(huán)外層球磨混料質(zhì)量之比為(0.8?2.5):100，再將摻有蠟的輥環(huán)外層球磨混料自然干燥； 將用于輥環(huán)芯部(2)中的硬質(zhì)料和粘結(jié)料放入球磨機(jī)內(nèi)球磨混料成為輥環(huán)芯部球磨混料，當(dāng)輥環(huán)芯部球磨混料均勻后取出在50°C?120°C干燥14h?24h，向干燥后的輥環(huán)芯部球磨混料中摻蠟，摻入蠟的質(zhì)量與輥環(huán)芯部球磨混料的質(zhì)量之比(0.8?2.5):100，再將摻有蠟的輥環(huán)芯部球磨混料自然干燥； 所述摻入的蠟為工業(yè)用蠟； 將摻蠟干燥后的輥環(huán)外層球磨混料和摻蠟干燥后的輥環(huán)芯部球磨混料分層鋪疊裝粉，冷壓成型為輥環(huán)坯料，控制冷壓機(jī)壓強(qiáng)為150MPa?300MPa，把冷壓成型的輥環(huán)坯料在溫度1400°C?1650°C下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為0.5h?1.5h，對(duì)輥環(huán)的坯料進(jìn)行燒結(jié)脫蠟成為硬質(zhì)合金輥環(huán)，對(duì)燒結(jié)脫蠟后的輥環(huán)在900°C?1250°C /IOmin?45min淬水，在450°C?7500C /1.0h ?3.0h 回火。
【文檔編號(hào)】C22C29/00GK103817150SQ201410066228
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】趙勇, 羅兵輝 申請(qǐng)人:湖南天益高技術(shù)材料制造有限公司, 中南大學(xué)