專利名稱：復(fù)合輥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括至少一個硬質(zhì)合金圈和球墨鑄鐵殼體的復(fù)合輥。此復(fù)合輥可用作整體輥，也可用作輥套固定在驅(qū)動心軸上。
用于熱軋或冷軋的帶有硬質(zhì)合金的復(fù)合輥包括一個或多個硬質(zhì)合金圈，且將鑄鐵殼體以多種聯(lián)接和鎖定裝置固定在(驅(qū)動)心軸上。關(guān)于這種軋輥存在一個問題，即在鑄造冷卻過程中，殼體收縮量大于硬質(zhì)合金圈收縮量，從而在硬質(zhì)合金圈上產(chǎn)生了指向內(nèi)部的力，導(dǎo)致了在硬質(zhì)合金圈外表面的向心拉應(yīng)力，此應(yīng)力垂直作用于軋制過程中軋輥表面的微裂紋。在這些拉應(yīng)力的作用下，微裂紋向深處擴展，這可以導(dǎo)致軋輥的破壞或需要過多的磨削量，限制了軋輥的總軋制能力。
在美國5,044,056號專利中敘述了解決這個問題的一個辦法將一個或多個硬質(zhì)合金圈鑲鑄進一個基本為石墨鑄鐵的殼體中。該殼體的鑄造組織為貝氏體和殘余奧氏體，殘余奧氏體優(yōu)選15-20wt-％，且經(jīng)一個或多個后續(xù)熱處理工序全部或部分地轉(zhuǎn)化為貝氏體。這樣可獲得有利的應(yīng)力狀態(tài)。然而這種熱處理操作花費大且費時，趨向于被淘汰。美國5,248,289號和5,359,772號專利中透露，也可通過同樣的方法制造整體輥并保持鑄鐵和硬質(zhì)合金間的良好結(jié)合。然而對一根長為2500mm的整體輥進行熱處理，需要大容積的加熱爐和長周期的熱處理以增加從進料到出料的時間。最終得到貝氏體和殘余奧氏體的混合組織，給機加工帶來困難。
根據(jù)本發(fā)明采用一種合金，得到一種組織為珠光體和鐵素體的鑄造材料，它不需要軋輥的后續(xù)熱處理可以得到理想的應(yīng)力狀態(tài)及牢固的金屬結(jié)合。鑄鐵在未熱處理的鑄造狀態(tài)下易于機加工，且在軋輥使用過程中達到硬度、韌性和強度的良好統(tǒng)一。


圖1表示由硬質(zhì)合金圈(2)和待安裝在心軸上的鑄鐵殼體(1)組成的一個復(fù)合輥。
圖2表示包括輥身、輥頸及一個鑲鑄的硬質(zhì)合金圈的整體輥。
圖3表示依據(jù)本發(fā)明的球墨鑄鐵的顯微組織。其中3-石墨團4-珠光體5-鐵素體根據(jù)本發(fā)明硬質(zhì)合金被鑲鑄進石墨鑄鐵，鑄鐵的成分已調(diào)整至碳當(dāng)量為2.5～6，優(yōu)選3.5～5，C當(dāng)量＝C％+0.3·(Si％+P％)。將鐵硅鎂合金和/或鎳鎂合金添加到鑄造合金中，使鎂含量達到0.02～0.10wt-％，優(yōu)選0.04～0.07wt-％。加鐵硅合金孕育處理(inoculation)，使鑄鐵的硅含量達到1.9～2.8wt-％，優(yōu)選2.1～2.5wt-％。由此獲得石墨以球狀彌散分布的球墨鑄鐵。此外，用抑制碳擴散的元素對該鑄鐵進行合金化，優(yōu)選加入0.5～4wt-％的鎳，優(yōu)選1～2wt-％，以及0.1～1.0wt-％錳，優(yōu)選0.6～0.7wt-％，最終組織為鐵素體和體積比不少于40％的珠光體，殘余奧氏體的體積比小于5％。鎳和/或銅可以用不超過1wt-％的鉬部分替代。當(dāng)軋輥的鑄鐵部分重量超過1000kg，宜添加小于2wt-％，優(yōu)選0.01～1wt-％銅。在鑄造后的狀態(tài)下，軋輥的鑄鐵部分重200～1000kg，軋輥上的鑄鐵的布氏硬度為190～250。
在一個實施方案里，軋輥是包括輥身、輥頸及至少一個硬質(zhì)合金圈的整體輥，輥身和輥頸可采用另一種鑄造合金。例如，圖1表示了由一個硬質(zhì)合金圈2和待安裝在心軸上的鑄鐵殼體構(gòu)成的復(fù)合輥。圖2表示包括輥身和輥頸11及一個鑲鑄的硬質(zhì)合金圈2的整體輥。圖3表示了軋輥中球墨鑄鐵的顯微組織，含石墨團3，珠光體4和鐵素體5。
在另一可選擇的實施方案中，軋輥包括一個或多個硬質(zhì)合金圈，這些圈鑲鑄成一個環(huán)形的殼體，并通過各種聯(lián)接和鎖定位置固定到(驅(qū)動)心軸上。
本發(fā)明中提供了一種方法，用以制造包括輥身、輥頸的整體輥或把硬質(zhì)合金圈單獨鑲鑄成環(huán)形殼體且固定在心軸上，這些輥可用于冷軋或熱軋。按照該方法，至少一個燒結(jié)的硬質(zhì)合金圈安裝到鑄型上，它的內(nèi)表面和側(cè)面自由地與鑄鐵接觸，填充鑄型的鐵水具有前述的成分和適宜的溫度。冷卻到室溫以后，對軋輥進行清理和機加工，以獲得最后的形狀和尺寸。
一個實施方案，用靜態(tài)方式進行澆鑄。
在一個優(yōu)選實施方案中，軋輥采用靜態(tài)澆鑄鑄成，鑄型的澆口指向硬質(zhì)合金圈內(nèi)表面的切向方向。
在另一實施方案中，鑄件通過離心鑄造制成。鑄型是旋轉(zhuǎn)的，當(dāng)達到大約400轉(zhuǎn)/分的適當(dāng)速度時，鐵水被注入旋轉(zhuǎn)的鑄型。在大約一分鐘的澆注時間里旋轉(zhuǎn)速度不斷減小。結(jié)果液態(tài)金屬被拋在鑄型的型壁上，在離心力作用下凝固結(jié)晶，也可把硬質(zhì)合金圈鑲鑄進前述的鑄鐵殼體，之后輥身和輥頸通過離心鑄造或靜態(tài)鑄造用另一種合金鑄成。
為了在硬質(zhì)合金和鑄鐵之間獲得最佳的金屬結(jié)合，需使料槽里的鐵水過熱200～300℃，同時限制填模量和離心鑄造的預(yù)定旋轉(zhuǎn)速度，以獲得硬質(zhì)合金圈不在型砂內(nèi)澆注的部分的表面層平衡的加熱和熔化，也就是將金屬結(jié)合到鑄鐵上的部分。硬質(zhì)合金和鑄鐵之間1～5mm寬的過渡區(qū)比較好。
在機加工至最終形狀和尺寸后，本復(fù)合輥包含整體輥或輥套?，F(xiàn)有軋輥鑄造的困難是需要大容積的熱處理爐，且熱處理的費用高而費時，這些都可根據(jù)本發(fā)明采用鑄造合金得以消除。
實施例在型砂里澆鑄一個硬質(zhì)合金圈，其組成為70％碳化鎢，13％鈷，15％鎳，2％鉻(都是用重量百分數(shù)表示)。硬質(zhì)合金圈的尺寸外徑340mm內(nèi)徑260mm寬100mm澆鑄后，硬質(zhì)合金圈的內(nèi)表面和在內(nèi)徑與310mm直徑之間的側(cè)表面是自由的，以便在硬質(zhì)合金和鑄鐵之間產(chǎn)生金屬結(jié)合。
在一個澆口方向與硬質(zhì)合金圈內(nèi)表面相切的鑄型里靜態(tài)澆鑄軋輥。在1540℃溫度下，鐵水注入鑄型，其成分為3.5％碳，2.2％硅，0.6％錳，1.65％鎳，0.05％鎂，其余為鐵(全為重量百分率)，澆注時間大約持續(xù)一分鐘。復(fù)合輥冷卻后，清洗后用超聲波進行檢查。金屬結(jié)合性能良好。
軋輥尺寸是輥身φ310mm(硬質(zhì)合金φ340mm)×500mm。輥頸φ220×300mm+φ220×520mm
權(quán)利要求
1.復(fù)合輥，優(yōu)選用于熱軋或冷軋，包含至少一個硬質(zhì)合金圈，該圈鑲鑄進基本由石墨鑄鐵組成的鑄造合金，其特征在于鑄鐵除鐵外，含有下列成分，都用重量百分率表示，硅1.9～2.8鎂0.02～0.10鎳0.5～4 錳0.1～1且碳當(dāng)量為2.5～6。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求的輥，其特征在于鑄鐵里除鐵外，含有下列成分，用重量百分率表示，硅2.1～2.5鎂0.04～0.07鎳1～2錳0.6～0.7且碳當(dāng)量為3.5～5。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的輥，其特征在于當(dāng)軋輥鑄鐵部分重量超過1000公斤時，鑄鐵還含有＜2wt-％，優(yōu)選0.01～1wt-％銅。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的輥，其特征在于鑄鐵含有大于40％體積比的珠光體。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括硬質(zhì)合金和鑄鐵的軋輥。此軋輥可用于熱軋和冷軋。鑄鐵里除鐵外還有下列成分用重量百分率表示硅1.9～2.8，鎂0.02～0.10，鎳0.5～4，錳0.1～1，且碳當(dāng)量為2.5～6。
文檔編號C22C37/04GK1145828SQ9611019
公開日1997年3月26日 申請日期1996年7月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月14日
發(fā)明者K·J·馬德魯?shù)? J·E·卡爾桑 申請人:桑德維克公司