專利名稱：用于高度耐磨應(yīng)用的耐磨附件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于高度耐磨應(yīng)用的耐磨組件，更特別地，涉及一種用于這種組件的可現(xiàn)場(chǎng)修理的耐磨附件。
背景技術(shù)：
耐磨表面是許多應(yīng)用的關(guān)鍵部件。例如，煉油廠的流化床催化裂化采用“催化劑提升管(catalyst risers) ”、受到硬陶瓷催化劑嚴(yán)重內(nèi)部磨損的容器。此外，造紙、金屬生產(chǎn)和采礦都利用軋制過(guò)程將各種材料形成預(yù)定形狀、類型或狀態(tài)。這些過(guò)程要求軋輥(roller)具有耐磨表面。由于這種耐磨表面常用于高度耐磨應(yīng)用中使用的耐磨堆焊 (hardfacing)表面和瓷磚直到最終破裂，表面會(huì)快速損壞，造成故障，從而需要停止運(yùn)行， 如果可以修理的話，還需要對(duì)耐磨堆焊表面進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的修理。一般來(lái)說(shuō)，可通過(guò)直接對(duì)容器內(nèi)部或軋輥表面進(jìn)行涂敷或表面處理，從而使耐磨表面具有所需特征。進(jìn)行涂敷或表面處理的一般工藝包括焊接、電鍍、或熱噴熔(thermal spray & fusing)技術(shù)。每種技術(shù)都具有其自身的缺點(diǎn)。例如，熱噴涂的涂層可能會(huì)在處理過(guò)程中發(fā)生剝落、破裂或分層，因?yàn)檫@些涂層僅以機(jī)械方式粘合在一起，強(qiáng)度不足以承受重型工藝，例如集料或重礦石操作。另外，對(duì)大型容器或軋輥進(jìn)行電鍍不切實(shí)際，費(fèi)用昂貴，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成污染。進(jìn)一步，電鍍?nèi)萜骱蛙堓伈灰走M(jìn)行有效的現(xiàn)場(chǎng)修理。盡管存在各自的缺陷，但焊接或熱噴熔仍是表面處理的首選方法。用焊接或噴熔技術(shù)進(jìn)行表面耐磨堆焊的一個(gè)難題在于形成這樣的表面，即硬度足以抵抗磨損，但又不至于使焊接件過(guò)脆而導(dǎo)致其在焊接之后因冷卻而破裂或在使用軋輥時(shí)因負(fù)荷而破裂。由于可修性的難題，進(jìn)行了折衷，以防止由于破裂和剝落而使耐磨性降低，造成嚴(yán)重故障。這種工業(yè)處理設(shè)備的使用者和制造商開(kāi)發(fā)了許多不同解決方案來(lái)解決這些限制，但仍存在許多缺點(diǎn)ο例如，Kawatsu的第4，848，683號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種具有兩種擋塊的軋輥，該兩種擋塊的耐磨性不同，并交替設(shè)置。如Kawatsu所述，軋輥的本體在使用時(shí)受到磨損。因此， 軋輥表面的裂痕會(huì)在整個(gè)軋輥本體上擴(kuò)散。即使這種裂痕不對(duì)軋輥本體造成完全破壞，軋輥本體也必須停止運(yùn)行，如果可修理，必須對(duì)裂痕進(jìn)行修理。Buchholtz等人的第5，269, 477號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種具有由比軋輥表面硬的材料制成的嵌入式耐磨件的軋輥。與Kawatsu的發(fā)明一樣，所述軋輥本體會(huì)產(chǎn)生裂痕，需要進(jìn)行高成本、耗時(shí)間的修理。進(jìn)一步，耐磨件中的一個(gè)裂痕會(huì)破壞該耐磨件，降低了軋輥的效能，使軋輥本體更易受到進(jìn)一步損壞。
Patzelt等人的加拿大專利申請(qǐng)2，202，213公開(kāi)了一種具有嵌入其中的剖面為銷形的本體的軋輥。同上，軋輥本體會(huì)受到磨損。如I^tzelt所述，修理軋輥本體需要拆卸軋輥，去掉部分軋輥材料，并重構(gòu)軋輥表面。這種修理過(guò)程需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間和費(fèi)用。Ramesohl的第6，523，767號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)了一種可在磨損時(shí)更換的軋輥嵌件。 Ramesohl的一個(gè)實(shí)施例為，在嵌件之間設(shè)置額外的“薄片(lamellae) ”，以保護(hù)軋輥本體。 但是，這些薄片也會(huì)受到磨損，另外，還會(huì)減少耐磨材料的總表面積，從而降低軋輥的效能。 同樣，與Kawatsu的發(fā)明一樣，耐磨件中的一個(gè)裂痕便會(huì)破壞該耐磨件，進(jìn)一步降低了軋輥的效能，使軋輥本體更易受到損壞。鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，需要一種能快速廉價(jià)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修理的耐磨組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于高度耐磨應(yīng)用的改進(jìn)的組件和嵌件。在一個(gè)實(shí)施例中，用于嵌入耐磨組件的耐磨附件包括底部和頂部。在該實(shí)施例中，所述底部用于可拆裝地嵌入耐磨組件的凹部，包括耐磨材料的頂部的至少一個(gè)尺寸大于底部，使頂部覆蓋凹部以外的耐磨組件的基底表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，耐磨組件包括表面、基底和多個(gè)耐磨附件。在該實(shí)施例中，所述耐磨附件可拆裝地連接至基底，每個(gè)附件包括內(nèi)部和外部，其中，所述外部與至少一個(gè)其他耐磨附件的外部連接，使得多個(gè)連接的耐磨附件包括耐磨組件的表面的至少一部分。在又一個(gè)實(shí)施例中，耐磨嵌件包括多個(gè)層，每層從由耐磨堆焊材料、韌性材料、接合面構(gòu)成的組中選出，其中，所述多個(gè)層包括至少兩層耐磨堆焊材料。


圖IA-B為根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的可更換耐磨附件100、102的示意圖；圖2A-D為根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的耐磨組件200、203的示意圖；圖3A-C為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)例示性實(shí)施例的另一個(gè)耐磨組件300的示意圖；圖4A-H為根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的可更換耐磨附件400-407的示意圖；圖5A-D為根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的耐磨組件500、502、504的示意圖；圖6A-D為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)例示性實(shí)施例的耐磨堆焊軋輥上的示例磨損、耐磨組件中的可更換耐磨附件的示例設(shè)計(jì)、耐磨組件中的可更換耐磨附件的示例設(shè)置，以及耐磨組件中的用于容納附件的凹部的示例設(shè)置的示意圖；圖7A-C為根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的耐磨組件700-702中的可更換耐磨附件的示例設(shè)置的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文根據(jù)附圖對(duì)例示性實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，附圖形成該說(shuō)明的一部分，特定實(shí)施例以圖解的方式在附圖中顯示，本發(fā)明可在特定實(shí)施例中實(shí)施。應(yīng)理解的是，只要不脫離本發(fā)明的范圍，可采用其他實(shí)施例，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)變化。本文對(duì)用于耐磨組件的可現(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件進(jìn)行了說(shuō)明。所述附件便于對(duì)所述組件進(jìn)行快速修理，因此節(jié)省了時(shí)間和成本。在一個(gè)實(shí)施例中，所述可現(xiàn)場(chǎng)更換的附件包括多層耐磨堆焊材料，可防止結(jié)構(gòu)缺陷在整個(gè)附件上擴(kuò)散，因此最小化修理的范圍和緊急性。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可現(xiàn)場(chǎng)更換的附件連接在一起，形成連續(xù)表面，所述連續(xù)表面覆蓋耐磨組件的本體的至少一部分，從而使本體免受磨損，額外節(jié)省了時(shí)間和成本。本文使用的術(shù)語(yǔ)“接合面”可理解為，指與耐磨附件組合或連接的任何類型的材料或結(jié)構(gòu)，用于將部件(例如，耐磨堆焊、韌性、韌性/耐磨(外罩)材料)粘合或固定在一起。 接合面可采用銅焊材料、膠或機(jī)械緊固件而形成。但是，也可使用多種其他技術(shù)，以構(gòu)成接合面，這些技術(shù)都應(yīng)理解為屬于本發(fā)明的范圍。本文使用的術(shù)語(yǔ)“耐磨堆焊材料”可理解為，指硬度足以在高強(qiáng)耐磨應(yīng)用中抵抗材料腐蝕的任何類型的瓷磚(tile)、涂層、表面或結(jié)構(gòu)實(shí)體。這包括，但不限于，陶瓷(例如， 碳化鎢、氧化鋯、氧化鋁等)、特定類型的工具鋼(tool steel)，以及包含硬質(zhì)沉淀物，例如氧化物和碳化物的其他金屬。本文使用的術(shù)語(yǔ)“工具鋼”可理解為，指用于制造高抗沖擊或耐用工具的已知金屬合金，其成分根據(jù)各個(gè)工具的性能要求而有所不同。本文使用的術(shù)語(yǔ)“韌性材料”可理解為，指斷裂韌性比其支撐的耐磨堆焊材料高的任何材料。這可包括，但不限于，銅和其他軟金屬、塑料、膠、鋼和強(qiáng)度較大的金屬，包括(例如)不銹鋼和工具鋼。本文使用的術(shù)語(yǔ)“韌性/耐磨材料”可理解為，指可用作耐磨堆焊組件的保護(hù)外罩的材料。根據(jù)要求的特定應(yīng)用，該材料可表現(xiàn)出較高耐磨性和/或材料韌性。本文使用的術(shù)語(yǔ)“耐磨組件”可理解為，指用于高度耐磨應(yīng)用的裝置，包括組件本體、耐磨附件和任何附著/粘合器具。本文使用的術(shù)語(yǔ)“耐磨附件”可理解為，指材料成分包括至少一種耐磨堆焊材料的附著裝置，用于嵌入或連接至耐磨組件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可現(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件可拆裝地附著在要保護(hù)的本體或表面上。在一個(gè)實(shí)施例中，這些附件包括底部和頂部，其中所述頂部比底部寬。其尺寸差可使底部可拆裝地嵌入耐磨組件的本體內(nèi)的凹部中，如軋輥本體或催化劑提升容器內(nèi)部， 以實(shí)現(xiàn)抗剪切阻力和定位功能。例如，頂部較大的寬度可使附件嵌入本體中時(shí)，該部分覆蓋軋輥本體的頂部表面的更大部分。這樣，下面的軋輥本體免受磨損。另外，由于所述耐磨附件可易于嵌入軋輥本體或容器表面或從其上取下，因此可快速廉價(jià)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修理。圖IA為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)例示性實(shí)施例的可現(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件100的示意圖。耐磨附件100包括頂部110和底部120。頂部110進(jìn)一步包括耐磨堆焊嵌件111和基底112。 耐磨堆焊嵌件111用于提供耐磨性，基底112用于將耐磨附件100附著在耐磨組件上。在該實(shí)施例中，頂部110在至少一個(gè)尺寸上寬于底部120。如上所述，較小的底部 120可使附件可拆裝地嵌入耐磨組件(圖中未顯示)的本體中的凹部?jī)?nèi)，例如軋輥本體或容器內(nèi)表面，而頂部110的較大尺寸可使耐磨組件的更大頂部表面面積受到所述附件的保護(hù)。由此，所述耐磨組件的本體免受磨損，使組件修理時(shí)僅需要更換附件100。在某些實(shí)施例中，所述附件的尺寸設(shè)置為，多個(gè)耐磨附件基本覆蓋耐磨堆焊組件的整個(gè)表面。在其他實(shí)施例中，所述附件的尺寸設(shè)置為，例如在至少某些附件之間留出空間，以清除碎屑(例如，磨削下來(lái)的主體材料)。所述附件之間的空間形成具有適當(dāng)尺寸的通道，以在需要時(shí)清除加工材料。圖IA將底部120顯示為矩形銷，但應(yīng)理解的是，底部120可為能使頂部110覆蓋耐磨組件的頂部表面的一部分的任何形狀。另外，圖中顯示頂部110包括耐磨堆焊嵌件111 和基底112，但基底112為可選件，在某些實(shí)施例中，耐磨堆焊嵌件111可直接附著在底部 120上。進(jìn)一步，基底112和底部120可單獨(dú)制造或制造成一個(gè)元件。在圖IA中，所述耐磨堆焊材料為通過(guò)鑄造或燒結(jié)構(gòu)成的單獨(dú)固體?？商娲?，所述嵌件可為帶有邊緣的冰球 (puck)形式，具體如下文根據(jù)圖IB所述。在一個(gè)實(shí)施例中，所述耐磨堆焊嵌件由與粘合劑混合的無(wú)定形、納米晶體或多相多晶耐磨堆焊材料粉末制成，并進(jìn)行熱處理，熱處理的壓力為大氣壓力、較小或較大壓力，熱處理的溫度足以使粘合劑在耐磨堆焊材料粉末顆粒之間形成冶金和/或化學(xué)接合。所述耐磨堆焊材料和粘合劑可通過(guò)熱噴涂成形在附件中或通過(guò)將半成品混合物 ("green"mixture)混合并成形在附件中，或通過(guò)兩種方法的組合成形在附件中。所述耐磨堆焊材料的C級(jí)洛氏(Rockwell)硬度可大于60Rc。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述嵌件通過(guò)焊接或熔融具有所需耐磨性和斷裂韌性的耐磨堆焊合金而形成。所述耐磨堆焊材料的C級(jí)洛氏硬度可大于60Rc。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述嵌件通過(guò)模型中的單獨(dú)鑄模形成。在某些實(shí)施例中，可采用上述技術(shù)的組合構(gòu)成耐磨堆焊嵌件。圖IB為可現(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件101的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在圖IB中，頂部 110包括與基底112連接的冰球壁(puck wall) 113。冰球壁113為附件101提供了更大的穩(wěn)定性，防止多個(gè)附件的耐磨堆焊嵌件之間的發(fā)生結(jié)構(gòu)缺陷的擴(kuò)散，并且提供了用于通過(guò)如焊接冰球壁而連接多個(gè)耐磨附件的結(jié)構(gòu)。圖2A為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的示例耐磨組件200的示意圖。耐磨組件200 包括可現(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件201、本體210、凹部220和頂部表面230?？涩F(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件201可包括上文根據(jù)圖IA和圖IB所述的附件100的實(shí)施例。如圖2A所示，附件201的底部202用于嵌入凹部220內(nèi)，附件201的頂部用于覆蓋本體210的頂部表面的至少一部分。如上所述，該設(shè)置確保耐磨組件200的本體210免受磨損。另外，所述附件100可在磨損或損壞時(shí)快速簡(jiǎn)單地進(jìn)行更換，從而大大縮短操作期間組件200的高代價(jià)停機(jī)時(shí)間。圖2B為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)例示性實(shí)施例的處于嵌入位置的示例耐磨附件201的示意圖。將附件201附著在本體210上的某些可選方式包括，但不限于，焊接240或銅焊250。 這些可選附著方式可單獨(dú)或組合使用。在某些實(shí)施例中，所述附件本體拐角處的焊縫不完全覆蓋附件201的外周，而僅覆蓋技術(shù)人員可見(jiàn)的部分，因?yàn)橹鞍惭b的相鄰附件可能阻止對(duì)整個(gè)外周的接近。例如，第一附件可以接受到覆蓋整個(gè)外周的焊縫，而與第一附件相鄰的第二附件可僅接受到不受第一附件阻礙的點(diǎn)上的焊縫。圖2C為耐磨組件203的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在該實(shí)施例中，耐磨組件203包括可現(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件204、本體210、凹部220和頂部表面230。附件204包括底部沈0 和頂部270，頂部270包括耐磨堆焊嵌件271、基底272和冰球壁273。在該實(shí)施例中，附件 270的基底272的底部表面彎曲，以與本體210的頂部表面230的彎曲部分配合。圖2D為示例耐磨組件200的某些優(yōu)點(diǎn)的示意圖。耐磨組件200包括組件本體210、 可現(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件271和冰球壁273。耐磨附件272的橫斷面俯視側(cè)視圖如圖2D下半部分所示。圖2D還顯示了運(yùn)行耐磨組件200可能造成的示例裂痕觀1、觀2、觀3、觀4。
如圖2D所示，本發(fā)明采用通過(guò)冰球壁和/或基底將裂痕(如裂痕觀1、觀4)控制在單個(gè)附件中的方式來(lái)防止裂縫的擴(kuò)散，并通過(guò)防止本體裂痕，例如裂痕282、283擴(kuò)散到附件中的方式來(lái)防止裂縫的擴(kuò)散。在單個(gè)嵌件出現(xiàn)裂縫的情況下，根據(jù)某些實(shí)施例，本體自身可防止裂縫擴(kuò)散到本體上以及其他嵌件上。在某些實(shí)施例中，本體可限制裂縫擴(kuò)散到相鄰顆粒上。使用有壁的附件時(shí)，在裂縫到達(dá)冰球壁的情況下，所述壁可具有足夠的斷裂韌性， 以防止裂縫通過(guò)附件壁擴(kuò)散到軋輥本體上。在某些實(shí)施例中，焊接填充的附件壁可對(duì)相鄰附件進(jìn)行保護(hù)。最終，附件與附著有附件的本體之間的接頭(joint)可作為防止裂縫擴(kuò)散到本體上的額外屏障。圖3A為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的耐磨組件300的示意圖。耐磨組件300包括可現(xiàn)場(chǎng)更換的耐磨附件301、本體310、凹部320、頂部表面330、焊縫340和銅焊(braze) 350。 附件301包括底部360和頂部370，底部360包括倒T形361，頂部370包括耐磨堆焊嵌件 371、基底372和冰球壁373。倒T形361提供了將附件301附著到本體310上的另一種可選方式。該可選附著方式可與焊縫340或銅焊350或兩者結(jié)合使用。圖;3B為將附件301嵌入本體310中的方法的示意圖。所述附件301先嵌入本體 301中，所述倒T形與本體310中的對(duì)應(yīng)凹槽對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)所需附著方式和/或針對(duì)左轉(zhuǎn)軋輥和右轉(zhuǎn)軋輥，該倒凹槽可沿軋輥本體的長(zhǎng)度連續(xù)設(shè)置，或可分別限制在獨(dú)立的安裝位置。嵌入之后，旋轉(zhuǎn)所述附件301，直到到達(dá)其鎖定位置。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，所述倒T形361僅為示例，本發(fā)明的范圍包括可實(shí)現(xiàn)鑰匙狀嵌入和旋轉(zhuǎn)到鎖定位置的對(duì)基底360的任何配置。這種配置可為，例如X形或Y形。圖3C為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的耐磨組件300的示意圖。耐磨組件300包括通過(guò)焊縫380連接的多個(gè)附件。在該實(shí)施例中，所述附件的冰球壁用耐磨堆焊焊接合金焊接在一起，以使附件牢固、安全地附著在軋輥本體上。應(yīng)注意的是，在某些實(shí)施例中，焊縫的剖面為凹形或凸形，優(yōu)選的是可清除碎屑的剖面。在本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例中，可現(xiàn)場(chǎng)更換的附件可包括耐磨堆焊嵌件，耐磨堆焊嵌件包括層疊結(jié)構(gòu)，層疊結(jié)構(gòu)可包括多層耐磨堆焊材料、軟質(zhì)、抗裂材料、韌性材料和接合面的任何組合。使用具有不同耐磨性的層可很大改善斷裂/故障率，并提供防止嵌件完全故障的多個(gè)屏障。例如，如果耐磨堆焊材料的層破裂，本發(fā)明可防止該裂縫擴(kuò)散到該層之夕卜。隨后可自動(dòng)或手動(dòng)更換破裂層，使下一個(gè)耐磨堆焊層顯露出來(lái)。這樣，斷裂耐磨堆焊的修理可自動(dòng)或快速進(jìn)行，不需要拆卸耐磨堆焊組件。在各個(gè)實(shí)施例中，可根據(jù)所需特性或應(yīng)用使用耐磨堆焊/陶瓷部件和/或金屬部件，或其組合，從而構(gòu)成這種多層嵌件。在某些實(shí)施例中，所述附件構(gòu)造包括包圍嵌件分層的額外韌性材料套筒。所述外罩可銅焊、膠粘、或以其他方式連接在分層上，包括下文詳細(xì)說(shuō)明的“冷縮配合 (shrink-fit) ”方法。該實(shí)施例的一個(gè)示例優(yōu)點(diǎn)在于，所述韌性材料套筒將比耐磨堆焊材料磨損更快。多個(gè)嵌件連接在一起時(shí)，套筒的較大磨損率使耐磨堆焊材料嵌件之間形成自生層(autogenuous layer)，從而增加了軋輥的有效性。該實(shí)施例的進(jìn)一步示例優(yōu)點(diǎn)在于， 外套筒可提高耐磨堆焊材料的固有低斷裂韌性，即所述套筒可阻礙裂縫擴(kuò)散，可防止完全斷裂的部分從組件上脫落。該實(shí)施例的內(nèi)部可為整片式耐磨堆焊材料或上文所述的多層嵌件。
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在該實(shí)施例中，形成自生層的表面區(qū)域的斷裂與分配給嵌件和組件本體內(nèi)韌性材料的表面與分配給嵌件中耐磨堆焊材料的表面之間的比例直接相關(guān)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，所述內(nèi)部耐磨堆焊材料由WC/Co制成，總內(nèi)徑為1. 57英寸，外部韌性材料由4140鋼制成，外套筒的厚度為1.75英寸。在另一個(gè)實(shí)施例中，嵌件內(nèi)的韌性材料的斷裂表面區(qū)域與嵌件之間的間距的結(jié)合，使組件表面的20% -70%表面區(qū)域上形成自生層。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，最佳的是50 %的表面區(qū)域用于構(gòu)成自生層。在另一個(gè)例示性實(shí)施例中，所述嵌件由氧化鋯棒組成，氧化鋯棒插入韌性鋼筒中鉆的孔中。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述嵌件由九個(gè)氧化鋯棒和55. 7%的韌性材料表面區(qū)域組成，所述陽(yáng).7%的韌性材料表面區(qū)域表示用于在嵌件內(nèi)形成自生層的表面區(qū)域。圖4A為示例嵌件400的正視圖和頂視圖。嵌件400包括全致密的耐磨堆焊材料 410和接合面420交替出現(xiàn)的層，所述層的方向與磨損方向垂直。如上所述，該結(jié)構(gòu)提高了嵌件的可修性和耐久性。特別地，如果嵌件頂層中出現(xiàn)裂痕，該裂縫的擴(kuò)散中止在接合面處。隨后可去掉頂層和接合面，或在自然磨損之后去掉，使下一層耐磨堆焊材料顯露出來(lái)。圖4B為另一個(gè)示例嵌件401的正視圖和頂視圖。嵌件401包括全致密的耐磨堆焊材料410、接合面420和全致密的韌性材料430交替出現(xiàn)的層，其中，所述層的方向與磨損方向垂直。在某些實(shí)施例中，部件構(gòu)造由如通過(guò)銅焊或膠粘而連接在較硬的材料上的全致密的耐磨堆焊瓷磚組成，從而形成與負(fù)荷方向平行的耐磨堆焊和韌性材料層交替的層疊結(jié)構(gòu)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述部件構(gòu)造可由通過(guò)銅焊或膠粘而連接在全致密的較軟的材料上的全致密的耐磨堆焊瓷磚而組成，形成耐磨堆焊材料層/連接材料層/軟質(zhì)材料層/連接材料層交替出現(xiàn)的層疊結(jié)構(gòu)，層的方向與負(fù)荷方向平行。圖4C為進(jìn)一步的示例嵌件402的正視圖和頂視圖。嵌件402包括由耐磨堆焊材料制成，方向與磨損方向平行，容納在韌性材料430基體(matrix)內(nèi)的多個(gè)棒410。在某些實(shí)施例中，使用工具鋼作為覆蓋耐磨堆焊材料的基體，耐磨堆焊材料可由如氧化鋯棒組成。 在其他實(shí)施例中，使用不銹鋼覆蓋耐磨堆焊材料。工具鋼和不銹鋼可用如環(huán)氧樹(shù)脂固定在適當(dāng)位置。圖4D為另一個(gè)示例嵌件403的正視圖和頂視圖。嵌件403包括全致密的耐磨堆焊材料410、接合面420和全致密的韌性材料430的交替層，其中，所述層的方向與磨損方向垂直。嵌件403包括韌性/耐磨材料制成的保護(hù)外套筒440。如上所述，該外套筒防止裂縫擴(kuò)散，與其他外套筒連接時(shí)，可包括自生層。圖4E為示例嵌件404的正視圖和頂視圖。嵌件404包括封閉在韌性/耐磨材料制成的保護(hù)外套筒440之內(nèi)的多層全致密的耐磨堆焊材料410。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述多層耐磨堆焊材料410可為耐磨堆焊材料310構(gòu)成的一整層。可替代地，所述多個(gè)層可為由耐磨堆焊材料制成的不同層。所述層可膠粘或銅焊在一起。在某些實(shí)施例中，所述全致密的耐磨堆焊瓷磚410 堆疊在一起，但互相之間沒(méi)有接頭或粘合劑。這些瓷磚可置于保護(hù)套筒440內(nèi)部，并“冷縮配合”，以在高沖擊和磨損條件下保持結(jié)構(gòu)的完整性。對(duì)外套筒進(jìn)行冷縮配合的一種方法為，先將套筒440預(yù)熱至較高溫度，將堆疊的耐磨堆焊瓷磚410嵌入套筒中。隨后，可使嵌件冷卻，在嵌件冷卻時(shí)使瓷磚在套筒內(nèi)冷縮配合。
在某些實(shí)施例中，分層中使用軟質(zhì)材料，從而形成由保護(hù)套筒封閉的一疊耐磨堆焊/軟質(zhì)材料交替層。該實(shí)施例可進(jìn)行膠粘、銅焊或冷縮配合，如上所述。圖4F為示例嵌件405的正視圖和頂視圖。嵌件405包括封閉在韌性/耐磨材料制成的保護(hù)外套筒440之內(nèi)的全致密的耐磨堆焊材料410和全致密的韌性材料430的交替層。在某些實(shí)施例中，保護(hù)套筒440為鋼制，耐磨堆焊材料410為碳化鎢/鈷，韌性材料430為銅。在其他實(shí)施例中，所述套筒由C級(jí)洛氏硬度為42-47Re的材料制成。根據(jù)所需特性，這種材料可為，例如4140或4340鋼，或其他已知材料。但是，應(yīng)理解的是，可使用任何數(shù)量的材料組合，以實(shí)現(xiàn)上述多層嵌件的功能。圖4G為示例嵌件406的兩個(gè)實(shí)施例的示意圖。嵌件406包括內(nèi)部450和韌性/ 耐磨材料制成的保護(hù)套筒440。內(nèi)部450可完全由耐磨堆焊材料構(gòu)成，或可為上文根據(jù)圖 4A-F所述的任何多層實(shí)施例的形式。在該實(shí)施例中，所述內(nèi)部450的平面在保護(hù)套筒440的平面的下方或上方?？墒褂眠@種實(shí)施例促進(jìn)自生層的形成，如上所述。圖4G中所示的套筒440包括底壁或外殼。在其他實(shí)施例中，套筒450不包括底壁，取而代之的是如圖4H所示，由具有開(kāi)放端的圓柱形或管狀套筒組成，。圖5A為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的耐磨組件500的示意圖。耐磨組件500包括嵌件510和本體520。嵌件510可為上文根據(jù)圖4A-圖4H所述的任何實(shí)施例的形式。如圖 5A所示，該實(shí)施例中的嵌件直接置于本體的凹部?jī)?nèi)，而不是附著在表面上。圖5B為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的耐磨組件502的示意圖。耐磨組件502包括嵌件512和本體520。嵌件512包括彎曲頂部表面，并可包括根據(jù)上文結(jié)合圖4A-圖4H所述的任何實(shí)施例的多層材料。在該實(shí)施例中，通過(guò)將模型設(shè)計(jì)為，熔融耐磨堆焊合金的自然表面張力形成彎曲表面，從而形成所述嵌件彎曲部分。該方法可簡(jiǎn)化模型設(shè)計(jì)，可降低成本，因?yàn)閮H模型的三個(gè)側(cè)面需要加工，根據(jù)某些實(shí)施例，可利用單個(gè)切割機(jī)在單個(gè)加工步驟中完成。應(yīng)注意的是，為了以節(jié)約成本的方式一次性批量處理多個(gè)嵌件，許多模型可加工為托盤(pán)，并將整個(gè)托盤(pán)嵌入工業(yè)爐中，。圖5C為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的耐磨組件504的示意圖。耐磨組件504包括嵌件514和本體520。嵌件514包括彎曲底部表面，并可包括根據(jù)上文結(jié)合圖4A-圖4H所述的實(shí)施例的多層材料。圖5D為相同耐磨組件的示意圖，但其嵌件處于嵌入位置。在該實(shí)施例中，熔料的彎曲開(kāi)放“頂部”作為附著在軋輥本體上的嵌件的基底。另夕卜，在某些進(jìn)一步實(shí)施例中，嵌件的基底可彎曲，以將可增加應(yīng)力的尖銳拐角最小化。在某些其他實(shí)施例中，通過(guò)采用不會(huì)被耐磨堆焊熔料弄濕的材料設(shè)計(jì)模型，從而控制收縮應(yīng)力造成的破裂和多孔現(xiàn)象，從而再次利用材料的自然表面張力確定嵌件的最終形狀，當(dāng)冷卻到特定尺寸時(shí)熔料的收縮將不受限制。在其他實(shí)施例中，所述嵌件可在三個(gè)側(cè)面進(jìn)行限制， 而其他三個(gè)側(cè)面可不受限制。在某些實(shí)施例中，所述空腔可加工為，空腔的半徑與嵌件的半徑相匹配，兩者都是彎曲的，以使可增加應(yīng)力的尖銳拐角最小化。在某些實(shí)施例中，根據(jù)要加工材料的最佳設(shè)計(jì)或特定應(yīng)用，所述嵌件可形成多種形狀，可以多種方式附著在耐磨堆焊組件上。選擇嵌件的形狀和/或方式要考慮的因素可包括(1)提供最佳表面樣式，以有效壓碎目標(biāo)材料；(2)抵抗操作期間產(chǎn)生的壓縮和剪切負(fù)荷；(3)磨損或損壞附件的可修性；(4)目標(biāo)材料的物理特性(例如，尺寸、硬度等)的變化。圖6A為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的耐磨堆焊組件600的示意圖。耐磨堆焊組件600 包括嵌件610和本體620。嵌件的布局可修整以對(duì)磨損進(jìn)行補(bǔ)償，以增加使用壽命或加工不同材料。例如，圖6B示出了耐磨堆焊軋輥的典型磨損方式。長(zhǎng)時(shí)間使用后，新軋輥剖面630 被磨損軋輥剖面640代替。定制所述嵌件的布局設(shè)置和組成使其能夠反映磨損形式，從而將修理需要最小化。例如，大量使用后的軋輥一般會(huì)在在邊緣和中心出現(xiàn)最嚴(yán)重磨損，如剖面線640外部的區(qū)域所示。因此，在某些實(shí)施例中，所述附件可用磨損特性不同的耐磨堆焊材料填充，使軋輥表面硬度從邊緣到中心進(jìn)行定制，以對(duì)這些影響進(jìn)行補(bǔ)償。這種設(shè)置可大大增加軋輥壽命。圖6C為耐磨堆焊組件中嵌件的示例設(shè)計(jì)布局的示意圖。如上所述，所述嵌件的位置可便于控制嵌件之間的間距和毗連凹槽，以清除壓碎和研磨操作期間產(chǎn)生的碎屑。在一個(gè)實(shí)施例中，附件可互相鄰接，使自生層在附件之間形成最佳間距，以清除碎屑。間距可針對(duì)加工材料的類型進(jìn)行優(yōu)化。圖6D為耐磨堆焊組件600的本體上的凹部的示例設(shè)置的示意圖。耐磨堆焊組件 600包括本體620和凹部630。圖7A-C為根據(jù)本發(fā)明例示性實(shí)施例的示例附著方法和嵌件的示意圖。如圖7A所示，所述耐磨堆焊嵌件可包括凸銷(raised pin)，所述凸銷處于與軋輥本體701上的配合凹槽對(duì)應(yīng)的底部表面上，使耐磨堆焊嵌件可配合在凹槽內(nèi)并進(jìn)一步進(jìn)行附著。如圖7A所示，所述凸銷可由附件外殼的一部分形成，或由耐磨堆焊嵌件的簡(jiǎn)單延伸形成。為了達(dá)到該目的，可使用多種附著方式，包括如膠、銅焊或機(jī)械緊固件。該設(shè)計(jì)可包括上文根據(jù)圖1-6 所述的實(shí)施例。如圖7B所示，所述耐磨堆焊嵌件可包括凹槽，所述凹槽處于與軋輥本體701上的配合凸銷對(duì)應(yīng)的底部表面上，以使耐磨堆焊嵌件可配合在凸銷上，并通過(guò)本文所述的連接技術(shù)進(jìn)一步進(jìn)行附著。所述凹槽可形成于外殼內(nèi)或通過(guò)凹陷形成于嵌件內(nèi)。在圖7C中，所述耐磨組件702不需要采用一致的附著方法，如果需要，可采用本文所述的附著方法和嵌件的任何變化。本文所述的耐磨堆焊組件和嵌件可用于任何數(shù)量的應(yīng)用。例如，本發(fā)明可用于對(duì)高壓磨輥進(jìn)行表面硬化，其中，所使用的材料特別定制，以相對(duì)于開(kāi)采的材料來(lái)講具有最佳韌性和/或硬度。在其他應(yīng)用中，本發(fā)明用于對(duì)農(nóng)業(yè)、重工業(yè)或建筑設(shè)備進(jìn)行表面硬化。在其他應(yīng)用中，本發(fā)明用于在如煉油廠的流化床催化裂化設(shè)備的內(nèi)部提供保護(hù)層。上文對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)理解的是，其僅作為示例，并非用于限制。同樣，各個(gè)附圖顯示了本發(fā)明的示例構(gòu)造或其他配置，以便于理解本發(fā)明中可能包含的特征和功能。本發(fā)明并不限于附圖所示的示例構(gòu)造或配置，可采用各種替代構(gòu)造和配置實(shí)施。另外，上文根據(jù)各個(gè)例示性實(shí)施例和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)理解的是， 一個(gè)或多個(gè)單個(gè)實(shí)施例所述的各個(gè)特征和功能并不限于僅適用于所述的特定實(shí)施例中。無(wú)論本發(fā)明其他實(shí)施例是否在本文中進(jìn)行了說(shuō)明，無(wú)論這些特征是否描述為所述實(shí)施例的一部分，這些特征和功能都可單獨(dú)或組合應(yīng)用于這些實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)限于任何上述例示性實(shí)施例。 本文使用的術(shù)語(yǔ)和短語(yǔ)，以及其變體，除非另有明確說(shuō)明，都應(yīng)理解為非限制性。 如上述示例術(shù)語(yǔ)“包括”應(yīng)理解為表示“包括，但不限于”等；術(shù)語(yǔ)“示例”用于為所述項(xiàng)目提供示范實(shí)例，并非窮舉性或限制性列舉；形容詞例如“常規(guī)”、“傳統(tǒng)”、“普通”、“標(biāo)準(zhǔn)”、“已知”，以及相似意義的術(shù)語(yǔ)，不應(yīng)理解為將所述項(xiàng)目限于給定時(shí)限，或限于給定時(shí)間下可用的項(xiàng)目。相反，這些項(xiàng)目應(yīng)理解為包含現(xiàn)在或?qū)?lái)任何時(shí)間可用、已知的常規(guī)、傳統(tǒng)、普通或標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。同樣，用連詞“和”連接的一組項(xiàng)目不應(yīng)理解為要求這些項(xiàng)目中的每個(gè)項(xiàng)目都出現(xiàn)于組中，而應(yīng)理解為“和/或”，除非另有明確說(shuō)明。同樣，用連詞“或”連接的一組項(xiàng)目不應(yīng)理解為要求該組中的項(xiàng)目具有相互排斥性，而應(yīng)理解為“和/或”，除非另有明確說(shuō)明。另夕卜，本發(fā)明的項(xiàng)目、單元或部件可按單數(shù)敘述，但復(fù)數(shù)也應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍，除非明確說(shuō)明限于單數(shù)。擴(kuò)展性詞語(yǔ)和短語(yǔ)例如“一個(gè)或多個(gè)”、“至少”、“但不限于”，或某些示例中的相似短語(yǔ)不應(yīng)理解為，在示例中不存在這些擴(kuò)展性短語(yǔ)時(shí)，示例中所需或要求指代范圍較小的情況。
權(quán)利要求
1.一種用于嵌入耐磨組件的耐磨附件，其特征在于，所述組件包括具有至少一個(gè)凹部的基底，所述附件包括配置為可拆裝地嵌入所述凹部的底部；以及包含有耐磨材料的頂部，其中，所述頂部在至少一個(gè)尺寸上大于底部，使頂部覆蓋超過(guò)至少一個(gè)凹部的基底表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的附件，其特征在于，所述頂部進(jìn)一步包括內(nèi)部；以及外部，其中，所述外部與至少一個(gè)其他耐磨附件的外部連接，使所述多個(gè)連接的耐磨附件具有基本連續(xù)的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的附件，其特征在于，所述內(nèi)部進(jìn)一步包括多個(gè)層，每層從由耐磨堆焊材料、韌性材料、接合面構(gòu)成的組中選出，其中，所述多個(gè)層包括至少一層耐磨堆焊材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的附件，其特征在于，所述底部包括倒T形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的附件，其特征在于，所述底部包括倒T形。
6.一種耐磨組件，其特征在于，包括表面；基底；以及與基座可拆裝地連接的多個(gè)耐磨附件，所述每個(gè)耐磨附件包括內(nèi)部和外部，其中，所述每個(gè)耐磨附件的外部與至少一個(gè)其他耐磨附件的外部連接，使所述多個(gè)連接的耐磨附件具有基本連續(xù)的表面，所述基本連續(xù)表面包括耐磨組件的表面的至少一部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐磨組件，其特征在于，所述內(nèi)部進(jìn)一步包括多個(gè)層，每層從由耐磨堆焊材料、韌性材料、接合面構(gòu)成的組中選出，其中，所述多個(gè)層包括至少一層耐磨堆焊材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耐磨組件，其特征在于，所述外部進(jìn)一步包括附著件，所述附著件從由嵌釘、嵌件構(gòu)成的組中選出，其中，所述附著件將耐磨附件與基底連接。
9.一種耐磨嵌件，其特征在于，包括多個(gè)層，每層從由耐磨堆焊材料、韌性材料、接合面構(gòu)成的組中選出，其中，所述多個(gè)層包括至少兩層耐磨堆焊材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的耐磨嵌件，其特征在于，所述層的方向與磨損方向垂直。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的耐磨嵌件，其特征在于，所述層的方向與磨損方向平行。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的耐磨嵌件，其特征在于，所述嵌件進(jìn)一步包括由韌性材料的基體包圍的多個(gè)棒，其中，所述多個(gè)棒中的至少一個(gè)包括耐磨堆焊材料。
全文摘要
一種用于嵌入耐磨組件的耐磨附件，所述組件包括具有至少一個(gè)凹部的基底，所述附件包括配置為可拆裝地嵌入所述凹部的底部，以及包含有耐磨材料的頂部，其中，所述頂部在至少一個(gè)尺寸上大于底部，使所述頂部覆蓋超過(guò)至少一個(gè)凹部的基底表面。一種耐磨組件，包括表面、基底和與基底可拆裝地連接的多個(gè)耐磨附件，所述每個(gè)耐磨附件包括內(nèi)部和外部，其中，所述每個(gè)耐磨附件的外部與至少一個(gè)其他耐磨附件的外部連接。
文檔編號(hào)E21C35/18GK102472097SQ201080030933
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者約翰·H·馬杜克, 肯尼思·S·韋基奧, 賈斯廷·切尼 申請(qǐng)人:斯克皮爾塔公司