專利名稱：有色金屬熱加工軋輥的多元復(fù)合陶瓷膜表面強(qiáng)化處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面強(qiáng)化處理方法，尤其是涉及一種有色金屬熱加工軋輥的多元 復(fù)合陶瓷膜表面強(qiáng)化處理方法。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)的有色金屬熱軋軋輥有的在連續(xù)軋制600噸左右的金屬桿料后便失 效；軋輥的使用壽命較短嚴(yán)重制約了連軋?jiān)O(shè)備的生產(chǎn)效率，且使產(chǎn)品的生產(chǎn)成本居高不下。為了解決有色金屬熱軋軋輥使用壽命較短的問題，現(xiàn)有技術(shù)措施為1、更換材料， 通過使用不同的熱作模具鋼制造軋輥；2、提高軋輥孔型溝槽表面硬度，傳統(tǒng)的有色金屬的 熱軋軋輥的熱處理工藝一般為調(diào)質(zhì)處理工藝；近二十年來，該技術(shù)領(lǐng)域的改進(jìn)方向主要放 在了如何提高軋輥孔型溝槽表面硬度技術(shù)措施上。例如，鍍硬鉻、碳氮共滲、QPQ處理等；但 上述技術(shù)方法對(duì)提高有色金屬的熱軋軋輥的使用壽命沒有顯著效果。原因在于人們對(duì)于有 色金屬的熱軋軋輥的失效機(jī)理認(rèn)識(shí)不足。中國(guó)專利200410051107. 5公開了一種合金軋輥 的表面處理方法和制造方法，使軋輥表面形成厚度15 μ m-35 μ m的氮化與氧化組織層，該 技術(shù)被包含在了上述的技術(shù)概述當(dāng)中，且該技術(shù)對(duì)軋輥使用壽命的提高效果并不明顯。經(jīng)研究，有色金屬熱連軋成型(熱擠壓加工與冷加工亦然)過程中，由于軋輥是鋼 鐵材料，與有色金屬材料的電極電位不同，所以軋輥、有色金屬軋材和軋制潤(rùn)滑液(水性乳 液)組成的加工體系也就成了一個(gè)化學(xué)原電池體系。當(dāng)軋材為銅合金材料時(shí)，軋輥是“犧 牲陽極”;軋輥經(jīng)受著軋制應(yīng)力條件下的電化學(xué)腐蝕與腐蝕條件下的應(yīng)力(熱應(yīng)力與軋制應(yīng) 力)疲勞作用。故傳統(tǒng)的軋輥在較短的工作時(shí)間里其孔型溝槽表面就出現(xiàn)了疲勞破壞特征 的“龜裂花紋”而報(bào)廢。當(dāng)軋材為鋁合金、鎂合金時(shí)，軋材是“犧牲陽極”，軋材與乳化液的反應(yīng)產(chǎn)生氫氣， 軋輥經(jīng)受著軋制應(yīng)力條件下的氫腐蝕，軋輥孔型溝槽表面層的晶界因氫原子的滲入而弱 化。軋輥經(jīng)受著軋制應(yīng)力條件下的氫腐蝕與氫腐蝕條件下的應(yīng)力(熱應(yīng)力與軋制應(yīng)力)疲 勞作用。故傳統(tǒng)的軋輥在較短的工作時(shí)間里其孔型溝槽表面就出現(xiàn)了疲勞破壞特征的“龜 裂花紋”而報(bào)廢。針對(duì)有色金屬的熱軋軋輥的失效機(jī)理，使用本發(fā)明的有色金屬熱加工軋輥的多元 復(fù)合陶瓷膜表面強(qiáng)化處理方法，可實(shí)現(xiàn)熱軋條件下的軋輥孔型溝槽表面層材料晶界強(qiáng)化與 穩(wěn)定；消除原電池形成途徑；提高軋輥孔型表面耐腐蝕性能與抗磨損性能；提高軋輥的表 層抗疲勞性能，可以顯著提高軋輥的使用壽命并降低生產(chǎn)成本，軋輥使用壽命可提高1至5倍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種可提高軋輥使用壽命的有色金屬熱加工軋輥 的多元復(fù)合陶瓷膜表面強(qiáng)化處理方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是有色金屬熱加工軋輥的多元復(fù)合陶
3瓷膜表面強(qiáng)化處理方法，包括以下工藝方法步驟A、對(duì)所述軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處理，經(jīng)拋光處理后 的滲層厚度控制在1 ο μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為500-600°C，處理時(shí)間為 100-125S，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由60-70% Al, 20-30% Mg，0. 5-1. 5% Mn, 8. 5-9. 5% Si 組成；B、對(duì)步驟A得到的軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的 氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為500-600°C，處理時(shí)間為 120-300min ；C、將步驟B得到的軋輥進(jìn)行拋光處理，去除表面的疏松層；D、將步驟C得到的軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫度條件為350-500°C，處 理時(shí)間為10-30min，使軋輥的表面形成厚度為20 μ m-35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷 組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷相復(fù)合而成。進(jìn)一步的是步驟A中在對(duì)所述軋輥進(jìn)行共滲處理前，先對(duì)上述軋輥進(jìn)行預(yù)備熱 處理工藝，所述預(yù)備熱處理工藝為調(diào)質(zhì)處理。本發(fā)明的有益效果是實(shí)現(xiàn)熱軋條件下的軋輥孔型溝槽表面層材料晶界強(qiáng)化與穩(wěn) 定；消除原電池形成途徑；提高軋輥孔型表面耐腐蝕性能與抗磨損性能；提高軋輥的表層 抗疲勞性能；可以顯著提高軋輥的使用壽命并降低生產(chǎn)成本，軋輥使用壽命可提高1至5倍。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，以下所列實(shí)施例為本發(fā)明的非限定性實(shí)施 例，有關(guān)成分配比和工藝參數(shù)可在允許的范圍進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整對(duì)本發(fā)明沒有實(shí)質(zhì)性影 響。實(shí)施例一先對(duì)軋輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；再對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處 理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10 μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為550°C，處 理時(shí)間為120s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由70% Al，20% Mg，1. 5% Mn, 8. 5% Si組成；然后對(duì)軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的氮氧鐵錳 鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，即多元復(fù)合陶瓷膜，所述滲氮處理的溫度條件為570°C，處 理時(shí)間為180min，接著對(duì)軋輥進(jìn)行拋光處理，去除軋輥表面的疏松層；最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧 化處理，所述氧化處理的溫度條件為420°C，處理時(shí)間為25min，使軋輥的表面形成厚度為 20 μ m-35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組 織層由正方和六方晶系陶瓷相復(fù)合而成。上述氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層中的氧 來自各個(gè)處理步驟中不可避免的引入的氧原子，鐵來自軋輥所用的材料本身。實(shí)施例二先對(duì)軋輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；再對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處 理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10 μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為550°C，處 理時(shí)間為120s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由70% Al，20% Mg, 1% Mn, 9% Si組 成；然后對(duì)軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的氮氧鐵錳鋁鎂硅
4多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為570°C，處理時(shí)間為180min，接著對(duì)軋輥 進(jìn)行拋光處理，去除軋輥表面的疏松層；最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫度條 件為420°C，處理時(shí)間為25min，使軋輥的表面形成厚度為20 μ m_35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂硅多 元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷相復(fù) 合而成。實(shí)施例三先對(duì)軋輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；再對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處 理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10 μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為560°C，處 理時(shí)間為110s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由65% Al，25% Mg，Mn, 9% Si組 成；然后對(duì)軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的氮氧鐵錳鋁鎂硅 多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為560°C，處理時(shí)間為180min，接著對(duì)軋輥 進(jìn)行拋光處理，去除軋輥表面的疏松層；最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫度條 件為420°C，處理時(shí)間為25min，使軋輥的表面形成厚度為20 μ m-35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂硅多 元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷相復(fù) 合而成。實(shí)施例四先對(duì)軋輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；再對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處 理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10 μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為560°C，處 理時(shí)間為110s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由65% Al，25% Mg，0. 5% Mn, 9. 5% Si組成；然后對(duì)軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的氮氧鐵錳鋁 鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為560°C，處理時(shí)間為180min，接著對(duì) 軋輥進(jìn)行拋光處理，去除軋輥表面的疏松層；最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫 度條件為430°C，處理時(shí)間為25min，使軋輥的表面形成厚度為20 μ m_35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂 硅多元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷 相復(fù)合而成。實(shí)施例五先對(duì)軋輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；再對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處 理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10 μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為570°C，處 理時(shí)間為105s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由65% Al，25% Mg，1. 5% Mn, 8. 5% Si組成；然后對(duì)軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的氮氧鐵錳鋁 鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為550°C，處理時(shí)間為150min，接著對(duì) 軋輥進(jìn)行拋光處理，去除軋輥表面的疏松層；最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫 度條件為450°C，處理時(shí)間為20min，使軋輥的表面形成厚度為20 μ m-35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂 硅多元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷 相復(fù)合而成。實(shí)施例六先對(duì)軋輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；再對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處 理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10 μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為570°C，處 理時(shí)間為105s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由65% Al，26% Mg,l% Mn, 8% Si組
5成；然后對(duì)軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的氮氧鐵錳鋁鎂硅 多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為550°C，處理時(shí)間為150min，接著對(duì)軋輥 進(jìn)行拋光處理，去除軋輥表面的疏松層；最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫度條 件為420°C，處理時(shí)間為25min，使軋輥的表面形成厚度為20 μ m_35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂硅多 元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷相復(fù) 合而成。實(shí)施例七先對(duì)軋輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；再對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處 理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10 μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為580°C，處 理時(shí)間為100s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由70% Al，20% Mg，1. 5% Mn, 8. 5% Si組成；然后對(duì)軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的氮氧鐵錳鋁 鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為550°C，處理時(shí)間為150min，接著對(duì) 軋輥進(jìn)行拋光處理，去除軋輥表面的疏松層；最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫 度條件為420°C，處理時(shí)間為25min，使軋輥的表面形成厚度為20 μ m_35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂 硅多元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷 相復(fù)合而成。實(shí)施例八先對(duì)軋輥進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；再對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處 理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10 μ m-25 μ m，所述共滲處理的溫度條件為540°C，處 理時(shí)間為125s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由60% Al，30% Mg，1. 5% Mn, 8. 5% Si組成；然后對(duì)軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15 μ m-30 μ m的氮氧鐵錳鋁 鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為560°C，處理時(shí)間為240min，接著對(duì) 軋輥進(jìn)行拋光處理，去除軋輥表面的疏松層；最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫 度條件為440°C，處理時(shí)間為20min，使軋輥的表面形成厚度為20 μ m-35 μ m氮氧鐵錳鋁鎂 硅多元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷 相復(fù)合而成。
權(quán)利要求
有色金屬熱加工軋輥的多元復(fù)合陶瓷膜表面強(qiáng)化處理方法，其特征是包括以下工藝方法步驟A、對(duì)所述軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅擴(kuò)散共滲處理及滲后拋光處理，經(jīng)拋光處理后的滲層厚度控制在10μm 25μm，所述共滲處理的溫度條件為500 600℃，處理時(shí)間為100 125s，其中所述液相鋁鎂錳硅按重量百分比由60 70％Al，20 30％Mg，0.5 1.5％Mn，8.5 9.5％Si組成；B、對(duì)步驟A得到的軋輥進(jìn)行滲氮處理，使軋輥的表面形成厚度為15μm 30μm的氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，所述滲氮處理的溫度條件為500 600℃，處理時(shí)間為120 300min；C、將步驟B得到的軋輥進(jìn)行拋光處理，去除表面的疏松層；D、將步驟C得到的軋輥進(jìn)行氧化處理，所述氧化處理的溫度條件為350 500℃，處理時(shí)間為10 30min，使軋輥的表面形成厚度為20μm 35μm氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷相復(fù)合而成。
2.如權(quán)利要求1所述的有色金屬熱加工軋輥的多元復(fù)合陶瓷膜表面強(qiáng)化處理方法，其 特征是步驟A中在對(duì)所述軋輥進(jìn)行共滲處理前，先對(duì)上述軋輥進(jìn)行預(yù)備熱處理工藝，所述 預(yù)備熱處理工藝為調(diào)質(zhì)處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有色金屬熱加工軋輥的多元復(fù)合陶瓷膜表面強(qiáng)化處理方法，可將軋輥的使用壽命提高1至5倍。該方法包括先對(duì)軋輥進(jìn)行液相鋁鎂錳硅多元共滲及拋光處理，然后進(jìn)行滲氮及拋光處理，最后對(duì)軋輥進(jìn)行氧化處理，使軋輥的表面形成致密的具備優(yōu)良的力學(xué)性能與物理化學(xué)性能的厚度為20μm-35μm氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層，其中氮氧鐵錳鋁鎂硅多元復(fù)合陶瓷組織層由正方和六方晶系陶瓷相復(fù)合而成，對(duì)軋輥表面固著，使有色金屬熱軋軋輥的應(yīng)力狀態(tài)下的耐腐蝕性能與抗熱疲勞性能顯著提高。該方法在對(duì)軋輥進(jìn)行共滲處理前的預(yù)備熱處理工藝可以為調(diào)質(zhì)處理。
文檔編號(hào)B21B27/00GK101914750SQ201010270239
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者趙萍 申請(qǐng)人:成都賽飛斯金屬科技有限公司