一種硬質合金複合軋輥及其製造方法與流程
2023-08-11 03:24:16
本申請涉及金屬壓力加工技術領域，具體涉及一種硬質合金複合軋輥及其製造方法。
背景技術：
軋輥作為軋機主要工作消耗件，對產品質量、生產效率等都具有直接的影響。硬質合金軋輥相較於其他材質的軋輥，具有硬度高、抗壓強度大、耐磨性好、耐腐蝕性好、摩擦係數小、熱傳導率低、使用壽命長、軋制的產品精度高、質量好等優點，已成為線材軋面，尤其是高速線材軋機精軋、預精軋、中軋的主要軋輥材料。硬質合金軋輥每修磨一次，單槽過鋼量達到800～1200噸以上，是球磨鑄鐵輥的10倍。並且硬質合金軋輥可增加修磨次數，且軋出的鋼表面光潔度好。但同時硬質合金輥環重量大、加工難度大、廢品率高、合金資源浪費大、價格高、抗衝擊和抗震性能差，在受到高速的軋制速度、軋制壓力及熱衝擊負荷的影響，易產生裂紋並迅速擴展，造成表面剝落和碎輥發生。
怎樣降低硬質合金輥環的價格、減少合金消耗已引起行業的重視，針對這一弊病，目前使用較普遍的硬質合金複合軋輥，外層採用硬質合金，內層採用韌性較好的高強度鋼，內外層之間採用粘結劑粘合而成，這樣的生產工藝減少硬質合金的使用量，從而降低生產成本。但因為不同材料的熱膨脹係數不相同，尤其是硬質合金的熱膨脹係數相對較小，在進行加熱等工藝進行結合時，結合界面處有的會被拉開有的變得疏鬆，在結合界面處形成很大的殘留應力，降低了結合界面處的粘結強度，在結合界面處出現被剝離的現象。
技術實現要素：
本發明的目的是為了解決上述硬質合金複合軋輥由於不同材料的熱膨脹係數不同而使得在加工過程中結合界面處有的被拉開有的變得疏鬆，降低了結合界面處的粘結強度，容易出現在結合界面處被剝離的問題。
為此，本發明實施例提供了如下技術方案：一種硬質合金複合軋輥，包括硬質合金外套、中間層和硬質合金內套；所述硬質合金內套外部設置有與其電鍍結合的中間層，所述硬質合金外套設置於所述中間層外部，所述硬質合金外套通過所述中間層與所述硬質合金內套冶金結合；
所述硬質合金內套成份與所述硬質合金外套相近或者相同。
可選地，所述硬質合金外套與所述電鍍好的硬質合金內套過盈配合；所述硬質合金內套可重複使用。
可選地，所述過盈配合的過盈量為0～0.05mm。
可選地，所述硬質合金外套的壁厚10～30mm，且不少於軋輥磨耗量。
可選地，所述中間層所含銅的質量分數大於99.7％，所述中間層的壁厚0.05mm～0.20mm。
可選地，所述硬質合金內套的壁厚20mm～40mm。
本發明實施例還提供一種硬質合金複合軋輥製造方法，所述製造方法包括以下步驟：
(1)對硬質合金內套和硬質合金外套按預定尺寸進行加工；
(2)對硬質合金內套外圓表面進行預處理，包括拋光、清洗、超聲波清洗、酸洗、清洗、封孔和弱化；
(3)對硬質合金內套外圓電鍍中間層，鍍層厚0.05mm～0.20mm；
(4)將電鍍好中間層的硬質合金內套和硬質合金外套進行過盈配合，採用熱裝，先將硬質合金外套加熱到200℃～300℃，然後進行過盈配合套裝，過盈量為0～0.02mm；
(5)將套裝好的複合軋輥放入真空加熱爐中，緩慢升溫到到1090℃～1140℃，保溫1.0h～3.0h，然後隨爐冷卻。
可選地，所述步驟(2)中的預處理包括：去除表面的氧化層後用去離子水超聲波清洗5～20min；在15％的硫酸中酸洗1～2min，然後將硬質合金內套放在沸騰的離子水中煮1～2h進行封孔處理，使酸洗時滲入的酸性溶液充分稀釋；在用0.5％硫酸製成的弱浸蝕溶液中弱化0.5～1min，然後迅速清洗，上掛具入槽預鍍。
可選地，所述步驟(3)中硬質合金內套外圓電鍍中間層包括：預鍍和電鍍；所述預鍍採用氰化鍍銅，形成鍍銅層；所述電鍍採用硫酸鹽鍍銅。
可選地，所述硬質合金外套由以下重量份的原料製成：碳化鎢45～80份，鈷20～60份；所述硬質合金內套由以下重量份的原料製成：碳化鎢45～80份，鈷20～60份。
本發明實施例提供的技術方案包括以下有益效果：本申請硬質合金內套和硬質合金外套採用成份相同或相近的硬質合金材料，具有相同或相近的熱膨脹係數，可極大地改善或消除異種材料由於熱膨脹係數不一致引起結合界面的缺陷。由於硬質合金外套通過中間層與硬質合金內套冶金結合，硬質合金內套可使用舊輥套進行加工，重複利用，極大地節約硬質合金材料，降低製造成本。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例提供的一種硬質合金複合軋輥結構示意圖；
圖1的符號表示為：
1-硬質合金外套，2-中間層，3-硬質合金內套。
具體實施方式
此處的附圖被併入說明書中並構成本說明書的一部分，示出了符合本發明實施例，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對於本領域普通技術人員而言，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
軋輥輥身外層和芯部(包括輥頸部分)用不同材質製作，兩種材質之間為冶金結合的軋輥，複合軋輥既能滿足軋機對輥身耐磨性、抗熱疲勞等性能的要求，同時又保證了芯部和輥頸的強韌性。外層和芯部材質主要根據軋輥所在機架對其使用性能的具體要求選定。常用的複合軋輥的外層材料有冷硬鑄鐵、無界冷硬鑄鐵、球墨鑄鐵、高鉻鑄鐵、合金鋼、半鋼、高鉻鋼、高速鋼、硬質合金等；芯部常用材料為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼。
硬質合金是由難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工藝製成的一種合金材料。
硬質合金具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優良性能，特別是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的溫度下也基本保持不變，在1000℃時仍有很高的硬度。
在機械加工和製造過程中,二個或二個以上零件的配合狀態粗略可分為滑動配合、過渡配合和緊配合等許多等級，過盈配合屬於緊配合中的一種，也就是說相配對的軸徑(鍵寬)要大於孔徑(鍵槽)，必須採用特殊工具擠壓進去，或利用熱漲冷縮的特性，將孔(鍵槽)加熱，趁孔徑擴大，迅速套到軸上，待冷卻收縮後二個零件就緊緊配合成一體了。
冶金結合(metallurgical bond)是指兩件金屬的界面間原子相互擴散而形成的結合。這種結合或者是連接狀態，或者是在溫度或壓力的作用下(或者溫度和壓力共同作用下)形成的。
複合材料的界面形成冶金結合後，有良好的工藝性能。能夠進行各種冷、熱壓力加工成型，可以進行焊接和機械加工。這是界面為機械結合或範德華力結合的冷複合材料不能比擬的。
實施例一
參見圖1，為本發明實施例提供的一種硬質合金複合軋輥，包括硬質合金外套1、中間層2和硬質合金內套3；所述硬質合金內套3外部設置有與其電鍍結合的中間層2，所述硬質合金外套1設置於所述中間層2外部，所述硬質合金外套1通過所述中間層2與所述硬質合金內套3冶金結合；
所述硬質合金內套3成份與所述硬質合金外套1相近或者相同。
本申請中涉及的硬質合金複合軋輥中的硬質合金內套3和硬質合金外套1採用成份相同或相近的硬質合金材料，具有相同或相近的熱膨脹係數，可極大地改善或消除異種材料由於熱膨脹係數不一致引起結合界面的缺陷。
實施例二
參見圖1，為本發明實施例提供的一種硬質合金複合軋輥，包括硬質合金外套1、中間層2和硬質合金內套3；所述硬質合金內套3外部設置有與其電鍍結合的中間層2，所述硬質合金外套1設置於所述中間層2外部，所述硬質合金外套1通過所述中間層2與所述硬質合金內套3冶金結合；
所述硬質合金內套3成份與所述硬質合金外套1相近或者相同。
可選地，所述硬質合金外套1與所述電鍍好的硬質合金內套3過盈配合；所述硬質合金內套3可重複使用。
可選地，所述過盈配合的過盈量為0.01mm。
本申請中涉及的硬質合金複合軋輥具有外套、中間層2和內套。所述外套為硬質合金材料，其成份根據使用要求確定，主要作為工作層；所述中間層2為結合層，採用銅或銅合金材料；所述內套為硬質合金輥套，其成份與外套相同或相近，起支撐作用，依據軋輥的尺寸需要確定，內套可重複使用。本實施例中涉及的硬質合金複合軋輥中的硬質合金內套3和硬質合金外套1採用成份相同或相近的硬質合金材料，具有相同或相近的熱膨脹係數，可極大地改善或消除異種材料由於熱膨脹係數不一致引起結合界面的缺陷。由於硬質合金外套通過中間層與硬質合金內套3冶金結合，硬質合金內套3可使用舊輥套進行加工，重複利用，極大地節約硬質合金材料，降低製造成本。
實施例三
參見圖1，為本發明實施例提供的一種硬質合金複合軋輥，包括硬質合金外套1、中間層2和硬質合金內套3；所述硬質合金內套3外部設置有與其電鍍結合的中間層2，所述硬質合金外套1設置於所述中間層2外部，所述硬質合金外套1通過所述中間層2與所述硬質合金內套3冶金結合；
所述硬質合金內套3成份與所述硬質合金外套1相近或者相同。
可選地，所述硬質合金外套1與所述電鍍好的硬質合金內套3過盈配合；所述硬質合金內套3可重複使用。
可選地，所述過盈配合的過盈量為0.02mm。
可選地，所述硬質合金外套1的壁厚15mm，且不少於軋輥磨耗量。
可選地，所述中間層2所含銅的質量分數大於99.7％，所述中間層的壁厚0.11mm。
可選地，所述硬質合金內套3的壁厚25mm。
本申請中涉及的硬質合金複合軋輥具有外套、中間層2和內套。所述外套為硬質合金材料，其成份根據使用要求確定，主要作為工作層，其厚度為15mm,且不少於軋輥磨耗量；所述中間層2為結合層，採用銅或銅合金材料，其主要成份(質量％)為：Cu>99.7和其他，壁厚為0.11mm；所述內套為硬質合金輥套，其成份與外套相同或相近，起支撐作用，壁厚25mm,依據軋輥的尺寸需要確定，內套可重複使用。本實施例中涉及的硬質合金複合軋輥中的硬質合金內套3和硬質合金外套1採用成份相同或相近的硬質合金材料，具有相同或相近的熱膨脹係數，可極大地改善或消除異種材料由於熱膨脹係數不一致引起結合界面的缺陷。由於硬質合金外套1通過中間層與硬質合金內套3冶金結合，硬質合金內套3可使用舊輥套進行加工，重複利用，極大地節約硬質合金材料，降低製造成本。
實施例四
本發明實施例還提供一種硬質合金複合軋輥製造方法，所述製造方法包括以下步驟：
(1)對硬質合金內套3和硬質合金外套1按預定尺寸進行加工；
(2)對硬質合金內套3外圓表面進行預處理，包括拋光、清洗、超聲波清洗、酸洗、清洗、封孔和弱化；
(3)將硬質合金內套3外圓電鍍中間層，鍍層厚0.11mm；
(4)將電鍍好中間層2的硬質合金內套3和硬質合金外套1進行過盈配合，採用熱裝，先將硬質合金外套1加熱到250℃，然後進行過盈配合套裝，過盈量為0.01mm；
(5)將套裝好的複合軋輥放入真空加熱爐中，緩慢升溫到到1110℃，保溫1.5h，然後隨爐冷卻。
可選地，所述硬質合金外套1由以下重量份的原料製成：碳化鎢65份，鈷35份；所述硬質合金內套3由以下重量份的原料製成：碳化鎢55份，鈷45份。
本申請中硬質合金外套到外徑為285mm、內徑為235.2mm、高度為95mm，硬質合金內套到外徑為235mm、內徑為160mm、高度為95mm，外套硬質合金成份為65％碳化鎢、鈷和其他微量元素,內套硬質合金成份為55％的碳化鎢、鈷和其他微量元素,內套和外套硬質合金成份可根據具體使用要求進行確定。
對硬質合金內套3外圓表面進行預處理，首先拋光處理，去除表面的氧化層，然後用去離子水超聲波清洗，時間為10min。接著在15％的硫酸中酸洗1min，然後將硬質合金放在沸騰的離子水中煮1h進行封孔處理，使酸洗時滲入的酸性溶液充分稀釋。接著在用0.5％硫酸製成的弱浸蝕溶液中弱化0.5min，然後迅速清洗，上掛具入槽預鍍。
對硬質合金內套3外圓表面電鍍銅，鍍層厚度0.11mm；先預鍍，預鍍採用氰化鍍銅，形成鍍銅層；預鍍液的包括以下成份：20g/L氰化亞銅，30g/L氰化鈉，4g/L氫氧化鈉；預鍍液20℃，採用空氣攪拌，電流密度為0.4A/dm，陽極為紫銅，電鍍時間20s；電鍍採用硫酸鹽鍍銅，鍍液包括以下成份：170g/L硫酸銅，55g/L硫酸，0.6mg/L甲基紫，0.5g/L聚乙二醇，0.3mg/LOP乳化劑，40mg/L Cl-；鍍液20℃，採用空氣攪拌，電流密度為2A/dm，陽極為紫銅，電鍍6min。鍍銅後的硬質合金內套到外徑為235.11mm。
將硬質合金外套1與電鍍好硬質合金內套3的過盈套裝在一起，採用熱裝，先將外套加熱到250℃，再套裝。
將套裝好的複合軋輥放入真空加熱爐中，緩慢升溫到到1110℃，再保溫1.5h,然後隨爐冷卻。
本申請中涉及到的厚度均為壁厚，也即所提到的硬質合金外套1、中間層2和硬質合金內套3的厚度都是其內徑與外徑的差值。
以上所述僅是本發明實施例的具體實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
應當理解的是，本申請並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的內容，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本申請的範圍僅由所附的權利要求來限制。