一种高压辊磨机镶铸辊面及其制备方法技术

本发明专利技术的目的是针对现有技术中高压辊磨机辊面及其制备方法存在的问题，提供一种高压辊磨机镶铸辊面及制备方法，属于矿山机械领域。该镶铸辊面包括内层基体层和外层硬质合金球层，并且基体层渗透入外层硬质合金球层的缝隙中；基体层的材料为耐磨铸铁或贝氏体球墨铸铁；硬质合金球层中硬质合金球的直径为10～25mm；其化学成分按质量分数为：Co:6～11％，其余为碳化钨WC及不可避免的杂质。其制备方法包括预制烧结块、离心镶铸和热处理步骤。通过本发明专利技术方法生产的高压辊辊面耐磨性和硬度高，强度和韧性良好，组织均匀，基体与硬质合金界面结合稳定，硬质合金不易开裂、脱落，工艺方便简单，大幅提高了辊面的生产效率，在使用中能够大幅提高辊面的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高压辊磨机镶铸辊面及其制备方法
本专利技术属于矿山机械领域，具体涉及一种高压辊磨机镶铸辊面及其制备方法。
技术介绍
高压辊磨是基于静压粉碎理论发展起来的一种新型粉碎矿石的方法，可使粉碎系统的能耗节省20％～30％，系统生产能力提高30％～400％，钢耗降到球磨的十分之一，并增加了矿石的可选性，被誉为粉碎工程的一大突破。但是在金属矿石粉碎过程中，高压辊磨机的高压辊磨损较为严重，直接影响了高压辊磨机的使用寿命。高压辊磨机辊面技术经过多年的研究和开发，目前主要有耐磨材料堆焊辊面和硬质合金镶嵌辊面两种。在使用过程中，由于硬质合金镶嵌辊面的柱钉之间被压实的物料形成自生保护膜，同时硬质合金柱钉本身具有很高的硬度和耐磨性，因此能够有效抵抗物料的对辊面的磨损，使用寿命明显优于耐磨材料堆焊辊面。但是该辊面的目前的生产工艺非常复杂，首先需要制备出综合性能较好的基体材料，然后在基体上加工大量盲孔，再将硬质合金柱钉嵌入孔内；其中在盲孔加工过程中涉及开盲孔、扩孔、盲孔精加工等复杂工序，同时消耗大量钻头。因此，目前硬质合金镶嵌辊面的生产工艺不但生产周期长，而且消耗大量的人力物力，产品的成本相当高；此外，虽然嵌入的硬质合金柱钉虽然耐磨性非常好，但与基体属于是一种简单的机械结合，在恶劣的使用环境下容易导致柱钉的脱落，严重影响了辊面的使用寿命。目前也采用普通镶铸工艺生产高压辊磨机辊面，虽然这种方法能够将硬质合金镶铸在基体中，但熔融的基体材料在镶铸硬质合金的过程中，难以控制硬质合金的升温和降温过程，急冷急热极易导致硬质合金开裂和微裂纹的萌生，不能满足辊面的使用要求。主要失效形式为，使用过程中硬质合金本身开裂，或者硬质合金与基体脱离而直接脱落，因此普通镶铸工艺虽然能够提高辊面的生产效率，但最终不能起到延长辊面使用寿命的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中高压辊磨机辊面及其制备方法存在的问题，提供一种高压辊磨机镶铸辊面及制备方法。通过本专利技术方法生产的高压辊辊面耐磨性和硬度高，强度和韧性良好，组织均匀，基体与硬质合金界面结合稳定，硬质合金不易开裂或脱落，工艺方便简单，大幅提高了辊面的生产效率，在使用中能够大幅提高辊面的使用寿命。一种高压辊磨机镶铸辊面，包括内层基体层和外层硬质合金球层，并且内层基体层渗透入外层硬质合金球层的缝隙中；其中，基体层的材料为耐磨铸铁或贝氏体球墨铸铁，其化学成分按重量百分比为：C:2.5～3.8％、Si:1.0～2.5％、Mn:0.3～1.5％、Cr:0.5～25％、Mo:1～3.0％、Cu:0.1～1.5％、Ni:1.0～3.5％、V:0～0.3、P:0～0.08、S:0～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质；硬质合金球层中硬质合金球的直径为10～25mm；其化学成分按质量分数为：Co:6～11％，其余为碳化钨WC及不可避免的杂质；硬质合金性质为：密度14.5-14.9g/cm2、抗弯强度1380～1500N/cm2、硬度89～91HRA、冲击韧性2～2.5J/cm2。上述高压辊磨机镶铸辊面的制备方法，包括以下步骤：(1)预制烧结块在氧化铝坩埚中放置若干层直径10～25mm的硬质合金球，然后放入铸铁块，铸铁和硬质合金的质量比为3:1～4:1；在惰性气体保护下，将坩埚以8.5～9.5℃/min的速度升温至450～500℃，并保温1～1.5h，再以7～7.5℃/min的速度升温至800～850℃，并保温1～1.5h，再以6～6.5℃/min的速度升温至1000～1100℃，并保温30～60min，最后以4.5～5.5℃/min的速度升温至1350～1380℃，并保温30～60min，铸铁块会随着温度升高而熔融，而由于硬质合金球熔点更高仍然为固体，铸铁液随着重力流入到硬质合金球的缝隙中，填满这些缝隙；然后将坩埚以3～4.5℃/min的速度降温至550～600℃，再随炉冷却至室温，得到预制烧结块；较好的氧化铝坩埚内壁形状为底部圆弧形的立方柱形或长方柱形；(2)离心镶铸将多块预制烧结块在离心铸造用型腔的内壁加工拼接成高压辊磨机辊面的形状后，将型腔预热至400～450℃，然后将与上述铸铁成分相同的铁水浇入旋转中的型腔内，铁水渗透入预制烧结块内从而得到一次浇注成型的整体镶铸辊面，浇注温度1350～1400℃，离心铸造时离心重力倍数100～110G，浇铸后继续保持该重力倍数40～60min；(3)热处理(3.1)待镶铸辊面随炉冷却至室温后，对镶铸辊面进行整体高温扩散退火处理，退火温度为1050～1100℃，退火时间为10～15h，然后空冷；(3.2)再对镶铸辊面进行整体淬火处理，淬火温度为950～1050℃，保温10～15h，然后空冷；(3.3)最后对镶铸辊面进行整体回火处理，回火温度为250～350℃，保温10～15h，然后空冷。经测试，经上述方法制得的高压辊磨机镶铸辊面基体硬度≥55HRC，硬质合金相没有裂纹出现，硬质合金与基体的界面为明显的冶金结合，该高压辊辊面符合高压辊磨机的使用条件。与现有技术相比，本专利技术的特点和有益效果是：(1)本专利技术的高压辊磨机辊面采用耐磨铸铁或贝氏体球墨铸铁烧结镶铸硬质合金，再经过热处理，其基体组织为大量稳定碳化物和马氏体组织，镶嵌的硬质合金球形成硬质相，即达到了强韧效果，又具有非常突出的耐磨性；(2)本专利技术通过合理的烧结工艺，在烧结过程中大大减小了基体材料与硬质合金的冷热不均，降低了对硬质合金相的热冲击，有效的防止了硬质合金在镶铸过程中的开裂；(3)本专利技术采用合理的烧结与镶铸结合的工艺以及后续热处理的配合，使基体材料与硬质合金相的界面结合非常完好，两种材料间有明显的互扩散区，形成冶金结合，界面结合处硬度较高、未发现明显的缺陷，在使用过程中能够避免硬质合金相的脱落，大幅延长辊面的使用寿命；(4)本专利技术采用烧结镶铸技术制备辊面，省去了传统生产工艺中盲孔加工这一复杂的工序，在镶铸过程中直接将硬质合金相嵌入基体材料内，使基体与硬质合金相的结合一次成型，该工艺操作简单，质量稳定可靠，单位生产率是传统工艺的五倍以上，成本消耗是传统工艺的四分之一。附图说明图1、本专利技术实施例1的预制烧结块的烧结工艺曲线图；图2、本专利技术实施例1的预制烧结块的硬质合金与耐磨铸铁基体界面处的硬度变化曲线图；图3、本专利技术实施例1的预制烧结块的硬质合金与耐磨铸铁基体界面处的金相组织图；图4、本专利技术实施例1的预制烧结块加工后示意图和取自预制烧结块样品的宏观图；图中：1：硬质合金球层；2：耐磨铸铁基体层；图5、本专利技术实施例1的用于烧结预制烧结块的氧化铝坩埚示意图；图中：3：氧化铝坩埚；4、硬质合金球；5、耐磨铸铁块；图6、图5沿AA方向的剖视图；图7、本专利技术实施例1的镶铸辊面示意图；其中，7a为辊面的侧视图；7b为7a沿BB方向的剖视图。具体实施方式实施例1一种高压辊磨机镶铸辊面，见图7，包括内层耐磨铸铁基体层2和外层硬质合金球层1，并且基体层渗透入外层硬质合金球层的缝隙中；其中，耐磨铸铁基体层的化学成分按重量百分比为：C:3.3％、Si:1.0％、Mn:0.3％、Cr:16％、Mo:1.5％、Cu:1.5％、Ni:1.0％、V:0.1％、P:0.02％、S:0.01％，其余为Fe及不可避免的杂质；硬质合金球层的硬质合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压辊磨机镶铸辊面，其特征在于，包括内层基体层和外层硬质合金球层，并且内层基体层渗透入外层硬质合金球层的缝隙中；其中，所述基体层的材料为耐磨铸铁或贝氏体球墨铸铁；所述硬质合金球层中硬质合金球的直径为10～25mm，硬质合金球的化学成分按质量百分比为：Co:6～11％，其余为WC及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种高压辊磨机镶铸辊面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预制烧结块在氧化铝坩埚中放置若干层硬质合金球，然后放入铸铁块；在惰性气体保护下，将坩埚以8.5～9.5℃/min的速度升温至450～500℃，并保温1～1.5h，再以7～7.5℃/min的速度升温至800～850℃，并保温1～1.5h，再以6～6.5℃/min的速度升温至1000～1100℃，并保温30～60min，最后以4.5～5.5℃/min的速度升温至1350～1380℃，并保温30～60min；然后将坩埚以3～4.5℃/min的速度降温至550～600℃，再随炉冷却至室温，得到预制烧结块；所述铸铁块为耐磨铸铁，其化学成分按重量百分比为：C：2.5～3.8％、Si：1.0～2.5％、Mn：0.3～1.5％、Cr：0.5～25％、Mo：1～3.0％、Cu：0.1～1.5％、Ni：1.0～3.5％、V：0～0.3％、P：0～0.08％、S：0～0.06％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述硬质合金球的直径为10～25mm；其化学成分按质量分数为：Co：6～11％，其余为碳化钨WC及不可避免的杂质；硬质合金球性质为：密度14.5-14.9g/cm3、抗弯强度1380～1500N/cm2、硬度89～91HRA、冲击韧性2～2.5J/cm2；(2)离心镶铸将多块预制烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟伟平，李海智，何亚民，崔君军，陈礼清，左良，魏勇，徐智平，
申请(专利权)人：东北大学，成都利君实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21