本發(fā)明涉及一種離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，屬于金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

輥壓機(jī)作為一種高效節(jié)能的粉碎設(shè)備已經(jīng)在水泥建材、礦山破碎粉磨作業(yè)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。輥壓機(jī)工作時(shí)，產(chǎn)生巨大擠壓力，將物料粉碎，輥面與物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，并受到物料的沖擊力，輥面極易磨損。傳統(tǒng)的擠壓輥，因其使用壽命短，制造工藝難度大，成本高，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等問題，難以滿足現(xiàn)在市場(chǎng)的需要。陶瓷-金屬復(fù)合材料具有金屬材料的高韌性和陶瓷顆粒的高耐磨性。以此制備的擠壓輥耐磨性、耐壓力和耐沖擊性能好，且具有一定耐高溫性能，適用于更嚴(yán)酷的工況條件。

中國發(fā)明專利cn103252268a公布了一種超耐磨離心復(fù)合鑄造胎型磨輥及其制造方法，其外層為高合金耐磨層，內(nèi)層為石墨鋼韌性層，此方法所制造出的磨輥兼具耐磨性和韌性，但高合金耐磨層的耐磨性有一定限度，且高合金材料的應(yīng)用也提高了生產(chǎn)成本。中國發(fā)明專利cn105039836a公開了一種輥磨機(jī)鑲鑄輥面及其制備方法，其方法是將硬質(zhì)合金球與鑄鐵耐磨塊，在氣體保護(hù)下燒結(jié)，得到預(yù)制燒結(jié)塊，然后通過離心鑄造的方法制備出擠壓輥。但是此方法制備工藝復(fù)雜，設(shè)備要求高，增加了制造成本。中國發(fā)明專利cn102211048a公布了一種具有金屬陶瓷復(fù)合物的中速磨煤機(jī)輥套，其方法為將陶瓷顆粒相互粘結(jié)成網(wǎng)狀，澆鑄金屬液整體復(fù)合，但此方法存在以下缺點(diǎn)，首先其單純依靠陶瓷顆粒之間相互粘結(jié)而產(chǎn)生的孔隙鑄滲，限制了金屬液鑄滲的厚度，從而使陶瓷金屬復(fù)合層厚度非常薄，而且陶瓷顆粒之間的分散度小，陶瓷顆粒之間金屬無法有效起到支撐作用，磨損過程中，陶瓷顆粒容易剝落，耐磨性大大降低；其次此方法將陶瓷顆粒互相粘結(jié)成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的陶瓷層，然后對(duì)整個(gè)陶瓷層進(jìn)行鑄滲，澆鑄過程中整個(gè)陶瓷層很容易因?yàn)槟骋徊课蝗毕莼蚪饘僖簺_擊坍塌不能使用，成品率大大降低；此外其磨輥本體與高鉻合金和陶瓷顆粒通過澆鑄方式連接成一體，由于三種材料的熱膨脹系數(shù)及熱導(dǎo)率相差很大，磨輥澆鑄后冷卻或熱處理過程中，其高鉻合金、陶瓷金屬復(fù)合區(qū)及磨輥本體的冶金結(jié)合將容易在導(dǎo)致在結(jié)合面處產(chǎn)生的裂紋在整個(gè)磨輥擴(kuò)展，增加磨輥開裂的可能性。中國發(fā)明專利cn103418790公布了一種金屬陶瓷復(fù)合耐磨制品及其制備方法，其特征為用陶瓷顆粒與金屬粉末用助劑混合均勻得到混合物和金屬粉末制成的金屬陶瓷顆粒預(yù)制件，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)熱處理后形成的金屬陶瓷復(fù)合耐磨制品，此方法利用助劑均勻混合陶瓷顆粒和金屬粉末，但燒結(jié)后金屬熔融后，陶瓷顆粒因其比重比金屬粉末小將向上浮動(dòng)，從而引起陶瓷顆粒分布不均勻，并且燒結(jié)后的組織性能相比熔煉的金屬結(jié)晶形成組織較差。中國發(fā)明專利cn1367270a公布了一種離心鑄造高耐磨合金鑄鐵復(fù)合抗磨輥圈的生產(chǎn)工藝，其特征在于復(fù)合抗磨輥圈外層含釩和多種少量元素合金鑄鐵，內(nèi)層為高強(qiáng)度球墨鑄鐵，由于含釩和多種少量元素合金，此方法所制造出的磨輥的硬度較高，耐磨性較強(qiáng)，但由于合金種類較多，加入量很少，熔煉合金時(shí)很難準(zhǔn)確控制其成分，并且外層合金的硬度具有一定局限性，過高的硬度將導(dǎo)致外層合金的韌性降低很大，影響使用性能。中國發(fā)明專利cn103736549a公布了一種立磨機(jī)金屬基陶瓷復(fù)合材料磨輥的制備方法，此方法所用金屬基陶瓷增強(qiáng)體料是由10～40％剛玉和60～90％鐵粉燒結(jié)而成，高鉻合金襯板與陶瓷襯板，輥套與磨輥基體之間通過鋼液澆鑄為一體，由于此方法利用燒結(jié)法制備復(fù)合層，由于陶瓷顆粒與鐵粉比重相差很大，很難使陶瓷顆粒與鐵粉混合均勻，并且鐵水熔化后，陶瓷顆粒將漂浮在鐵水表層，澆鑄入模具后陶瓷顆粒的分布將極不均勻，并且燒結(jié)后的組織并沒有金屬完全熔化后結(jié)晶形成金屬組織性能好，澆鑄的鋼水使輥套與磨輥基體固結(jié)為一體，使用過程中的裂紋很容易在整個(gè)磨輥中擴(kuò)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，以便更好地改善制備工藝效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。

一種離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，其特征在于：具體步驟如下：

(1)首先制備出環(huán)形骨架，骨架由圓環(huán)、支撐網(wǎng)和鑲嵌孔組成；其中鑲嵌孔在圓環(huán)上，支撐網(wǎng)在圓環(huán)內(nèi)層與圓環(huán)相連，骨架的支撐網(wǎng)被顆粒包裹，對(duì)坯料起到支撐作用；然后把骨架固定在具有卡槽環(huán)形模具中，骨架固定在模具中間位置；將與金屬液潤(rùn)濕的良好的陶瓷顆粒與粘結(jié)劑按質(zhì)量比100:8-15充分混合，填充到模具外層；將氧化物陶瓷顆粒與粘結(jié)劑、活化微粉按質(zhì)量比100:10-15:3-6混合后，填充到模具內(nèi)層，此時(shí)骨架支撐網(wǎng)被陶瓷顆粒包裹在里面，烘干后脫模，得到單個(gè)環(huán)狀預(yù)制體；

(2)將預(yù)制體骨架上鑲嵌孔鑲嵌上鑲嵌柱進(jìn)行拼接，得到輥套形狀的坯料，其長(zhǎng)度根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)鑲嵌柱長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)預(yù)制體間的間隙；然后把拼接好的坯料放入放置在具有保溫層的離心鑄造模具中；

(3)將坯料隨模具預(yù)熱到200-500℃，然后控制離心鑄造設(shè)備轉(zhuǎn)速，澆注高溫金屬液，溫度降到900-1050℃時(shí)取出輥套，冷卻到100℃時(shí)，再進(jìn)行熱處理，最終得到耐磨擠壓輥輥套。

進(jìn)一步地，預(yù)制體采用不同的陶瓷顆粒：預(yù)制體外層為wc，顆粒大小為30-120目，其占坯料體積的1/10-1/5；內(nèi)層為zta或al2o3，顆粒大小為80-300目，其占坯料體積的4/5-9/10。

進(jìn)一步地，環(huán)形預(yù)制體骨架由為低熔點(diǎn)合金制備而成，尺寸根據(jù)需要進(jìn)行定制。

進(jìn)一步地，活化微粉為鋁粉、鐵粉、硅粉、鎢粉的一種或幾種按一定比例混合，粒度為300-600目。

進(jìn)一步地，金屬液選擇中低合金耐磨鋼、高錳鋼、高鉻鑄鐵耐磨鋼鐵。

進(jìn)一步地，預(yù)制體坯料有蜂窩孔或無蜂窩孔。

進(jìn)一步地，所用粘結(jié)劑為水玻璃、硅溶膠、硼砂一種或者幾種的任意混合。

進(jìn)一步地，所用離心鑄造模具所用保溫涂料為硅藻土、石英砂、鎂砂中的一種或幾種的任意比例混合物，其厚度為10-30mm。

本發(fā)明方法中，首先制備出帶有骨架的環(huán)型坯料，然后把坯料進(jìn)行拼接，置于離心機(jī)模具中，澆注金屬液，得到耐磨輥套。該輥套的復(fù)合區(qū)由兩種不同的陶瓷顆粒組成，其中外層陶瓷顆粒為與鐵液潤(rùn)濕性好的陶瓷顆粒，內(nèi)層陶瓷顆粒為氧化物陶瓷顆粒。該方法通過在坯料中放置骨架，提高了坯料的強(qiáng)度且便于放置，選用不同陶瓷顆粒，降低了坯料成本，提高了輥面的復(fù)合效果，大幅提高了輥面使用壽命。

該發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用不同的陶瓷顆粒制備預(yù)制體，既保證了復(fù)合效果，又降低了成本。外層復(fù)合層增強(qiáng)顆粒為wc顆粒，能與金屬液潤(rùn)濕性好，能形成冶金結(jié)合，界面強(qiáng)度高，外層顆粒復(fù)合同時(shí)，內(nèi)層顆粒由于高溫金屬液的熱作用，被加熱到更高溫度，能促進(jìn)顆粒與金屬液復(fù)合，且均勻分散在基體中，提高了輥套的整體復(fù)合效果；第一層耐磨層具有高的耐磨性，第二層耐磨層顆粒小在基體中分散均勻，能使輥套具有較高強(qiáng)度；本發(fā)明環(huán)狀預(yù)制體具有骨架，坯料具有較好強(qiáng)度，同時(shí)便于拼接和固定，并且能使坯料和模具內(nèi)壁保持一定距離，有利于金屬液鑄滲。骨架為低熔點(diǎn)合金成分，在離心鑄造過程中，能過溶解在金屬液中，能過改善金屬液組織。利用多個(gè)環(huán)形預(yù)制體坯料拼接成整體預(yù)制體，有缺陷的環(huán)狀預(yù)制體可以被更換，保證了預(yù)制體的質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明所用離心模具內(nèi)壁具有一定厚度的保溫層，能夠起到很好的保溫效果，有利于金屬液鑄滲；離心力的作用可提高鑄滲時(shí)候的壓力，進(jìn)一步提高復(fù)合效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的環(huán)形預(yù)制體坯料示意圖。

圖2是本發(fā)明的骨架示意圖。

圖3是本發(fā)明的蜂窩環(huán)形坯料部分側(cè)視示意圖。

圖4是本發(fā)明的復(fù)合擠壓輥示意圖。

圖5是本發(fā)明坯料在離心模具內(nèi)放置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便更好的理解本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明的環(huán)形預(yù)制體坯料示意圖。圖2是本發(fā)明的骨架示意圖。圖3是本發(fā)明的蜂窩環(huán)形坯料部分側(cè)視示意圖。圖4是本發(fā)明的復(fù)合擠壓輥示意圖。圖5是本發(fā)明坯料在離心模具內(nèi)放置示意圖。如圖1-圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例中的離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，具體步驟如下：

(1)首先制備出環(huán)形骨架1，骨架由圓環(huán)4、支撐網(wǎng)5和鑲嵌孔6組成；其中鑲嵌孔6在圓環(huán)4上，支撐網(wǎng)5在圓環(huán)4內(nèi)層與圓環(huán)4相連，骨架的支撐網(wǎng)5被顆粒包裹，對(duì)坯料起到支撐作用；然后把骨架固定在具有卡槽環(huán)形模具中，骨架固定在模具中間位置；將與金屬液潤(rùn)濕的良好的陶瓷顆粒與粘結(jié)劑按質(zhì)量比100:8-15充分混合，填充到模具外層2；將氧化物陶瓷顆粒與粘結(jié)劑、活化微粉按質(zhì)量比100:10-15:3-6混合后，填充到模具內(nèi)層3，此時(shí)骨架支撐網(wǎng)被陶瓷顆粒包裹在里面，烘干后脫模，得到單個(gè)環(huán)狀預(yù)制體；

(2)將預(yù)制體骨架上鑲嵌孔6鑲嵌上鑲嵌柱7進(jìn)行拼接，得到輥套形狀的坯料，其長(zhǎng)度根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)鑲嵌柱7長(zhǎng)度可以調(diào)節(jié)預(yù)制體間的間隙；然后把拼接好的坯料放入放置在具有保溫層8的離心鑄造模具9中；

(3)將坯料隨模具預(yù)熱到200-500℃，然后控制離心鑄造設(shè)備轉(zhuǎn)速，澆注高溫金屬液，溫度降到900-1050℃時(shí)取出輥套，冷卻到100℃時(shí)，再進(jìn)行熱處理，最終得到耐磨擠壓輥輥套。

預(yù)制體采用不同的陶瓷顆粒：預(yù)制體外層為wc，顆粒大小為30-120目，其占坯料體積的1/10-1/5；內(nèi)層為zta或al2o3，顆粒大小為80-300目，其占坯料體積的4/5-9/10。環(huán)形預(yù)制體骨架1由為低熔點(diǎn)合金制備而成，尺寸根據(jù)需要進(jìn)行定制。活化微粉為鋁粉、鐵粉、硅粉、鎢粉的一種或幾種按一定比例混合，粒度為300-600目。金屬液選擇中低合金耐磨鋼、高錳鋼、高鉻鑄鐵耐磨鋼鐵。預(yù)制體坯料有蜂窩孔或無蜂窩孔。所用粘結(jié)劑為水玻璃、硅溶膠、硼砂一種或者幾種的任意混合。所用離心鑄造模具所用保溫涂料為硅藻土、石英砂、鎂砂中的一種或幾種的任意比例混合物，其厚度為10-30mm。

下面以具體實(shí)施例進(jìn)一步進(jìn)行說明。

實(shí)施例1

該離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，其具體步驟如下：

1、首先將制備好的骨架放置在環(huán)形模具中固定，將60目wc的陶瓷顆粒與水玻璃按質(zhì)量比100:10充分混合，填充到模具外層，其占這個(gè)坯料體積的1/5；將120目zta與水玻璃、鐵粉、硅粉按質(zhì)量比100:10:20:5混合后，填充到模具內(nèi)層，其占坯料體積的4/5，此時(shí)骨架支撐網(wǎng)被陶瓷顆粒包裹在里面，烘干脫模，得到具有骨架的蜂窩環(huán)狀預(yù)制體坯料。其中，鐵粉、硅粉為300目，水玻璃模數(shù)為2。

2、將預(yù)制體骨架上鑲嵌孔鑲嵌上鑲嵌柱進(jìn)行拼接，得到輥套形狀的坯料，每個(gè)預(yù)制體間的間隙為5mm；然后把整體坯料放置在具有25mm保溫層的離心鑄造模具中。其中保溫涂層材料為硅藻土。

3、將模具進(jìn)行預(yù)熱500℃，控制離心鑄造設(shè)備轉(zhuǎn)速500轉(zhuǎn)/每分鐘，澆注1550℃低合金耐磨鋼高溫金屬液，溫度降到1000℃時(shí)取出輥套，冷卻到100℃時(shí)，以20-50℃/h升溫到200℃，保溫3h，最后冷卻到室溫，得到耐磨擠壓輥輥套。其中低合金耐磨鋼的化學(xué)成分為c：0.3-05％、si：1.1-1.3％、mn：2-4％，cr：0.8-2％、s≤0.03％、p≤0.03％、re≥0.0.5％。

實(shí)施例2

該離心鑄造制備耐磨擠壓輥輥套的工藝方法，其具體步驟如下：

1、首先將制備好的骨架放置在環(huán)形模具中固定，將80目wc的陶瓷顆粒與水玻璃按質(zhì)量比100:8充分混合，然后填充到模具外層，其占整個(gè)坯料體積的1/10；將200目zta與水玻璃、鐵粉、鎳粉、鎢粉按質(zhì)量比100:12:30:5:10混合后，填充到模具內(nèi)層，其占坯料體積的9/10，此時(shí)骨架支撐網(wǎng)被陶瓷顆粒包裹在里面，烘干脫模，得到具有蜂窩孔的環(huán)狀預(yù)制體坯料。其中鐵粉、硅粉為500目，水玻璃模數(shù)為2.5。

2、將環(huán)狀預(yù)制體通過骨架上的鑲嵌孔和鑲嵌柱進(jìn)行拼接，每個(gè)預(yù)制體間的間隙為15mm；然后把整體坯料放置在具有30mm保溫層的離心鑄造模具中。其中保溫涂層材料為硅藻土。

3、將模具進(jìn)行預(yù)熱500℃，控制離心鑄造設(shè)備轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/每分鐘，澆注1500℃高鉻鑄鐵金屬液，溫度降到1050℃時(shí)取出輥套，冷卻到100℃時(shí)，以40℃/h升溫到220℃，保溫4h，最后冷卻到室溫，得到耐磨擠壓輥輥套。其中高鉻鑄鐵成為c：1.8-2.2％，cr：11-14％，si：0.3-0.8％，mn:0.5-10％，p、s≤0.05％，mo：0.3-0.5％。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。