離心陶瓷復合立磨輥套及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輥套及其制造方法，尤其是一種離心陶瓷復合立磨輥套及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)大部分立磨輥套都是采用合金鑄造和堆焊形式，在日常使用和后期修復過程中，因為工藝材料和母材缺陷等原因，很容易造成輥套整體開裂等異常損壞，無法再次進行修復。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有高耐磨性、高強度及足夠韌性的離心陶瓷復合立磨輥套;本發(fā)明還提供了一種離心陶瓷復合立磨輥套的制造方法。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:其包括內(nèi)層和外層，所述外層為鑲鑄有陶瓷顆粒的高鉻鑄鐵;所述高鉻鑄鐵采用下述重量百分含量化學成分的材料:C
2.3% ?3.3%、Si 0.3%?1.0%、Mn 0.6% ?1.2%、Cr 18% ?22%、Ni 0.7%?1.7%、Mo 1.5% ?3.0%、P < 0.03%、S < 0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0005]本發(fā)明所述內(nèi)層采用下述重量百分含量化學成分的材料:C3.6%?3.9%、Si 2.5%?3.2%、Mn 0.3%?0.5%、P < 0.03%、S < 0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0006]本發(fā)明優(yōu)化輥套外層材質(zhì)配比，提高外層合金元素含量，以確保提高輥套的耐磨性、斷裂韌性，并能與預制的陶瓷顆粒耐磨塊復合。合金元素在產(chǎn)品組織中形成各種碳化物，同時還影響金屬基體的轉(zhuǎn)變特性。碳化物的硬度、形貌、數(shù)量、分布和金屬基體的組織、性能對產(chǎn)品的耐磨性、韌性等性能起著決定性作用。通過提高C、Cr、Mo等合金的含量可以強化基體，增加碳化物總量，外層硬度與陶瓷顆?；鞠喈?，避免外層在磨蝕過程中陶瓷顆粒脫落。
[0007]本發(fā)明方法采用上述內(nèi)層材料和外層材料，包括熔化外層材料、熔化內(nèi)層材料、離心澆注和熱處理工序。
[0008]本發(fā)明方法所述熱處理工序包括退火、淬火和回火過程;所述回火過程:將輥套加熱到500?600°C并保溫;然后隨爐冷卻至100?150°C;反復進行至少二次后，隨爐冷至100°C及以下，出爐空冷。所述回火過程中，輥套以10?15°C/h的速度加熱，保溫時間為15?20小時。
[0009]本發(fā)明所述退火過程:輥套在熱處理爐中加熱至950?1000°C并保溫;然后爐冷至680?750°C并保溫;最后爐冷至100°C及以下出爐;所述淬火過程:將輥套加熱至950?1050°〇并保溫；出爐，風冷至300°C及以下；然后吊裝到回火爐中，隨爐冷卻至150?200°C。所述退火過程和淬火過程中，輥套均以10?15°C/h的速度加熱，保溫時間均為15?20小時。
[0010]本發(fā)明方法所述離心澆注工序:離心機轉(zhuǎn)速400rpm?500rpm;當鑄型溫度為150?220°C時澆注外層的鋼水，使外層鐵水與鑄型型腔內(nèi)的陶瓷顆粒復合;待澆注完成后的外層鋼水內(nèi)表面溫度降到1380?1420°C時澆注內(nèi)層鋼水，內(nèi)層鋼水澆注溫度為1380?1420°C。所述外層鋼水總重的70%?80%饒入鑄型后，將保護渣隨剩余的外層鋼水均勻加入。
[0011 ]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明優(yōu)化輥套內(nèi)外層材料配比，外層采用高合金元素，通過提高C、Cr、Mo等合金的含量可以有效地強化基體，增加碳化物總量，能有效地提高摩擦表面的平滑性并能與陶瓷顆粒均勻復合;使輥套外層具有高耐磨性、高強度及足夠的韌性，有效地提升輥套的使用壽命。
[0012]本發(fā)明方法采用退火、淬火和回火的熱處理工藝，達到了改善碳化物形態(tài)、促進組織轉(zhuǎn)變和細化組織的目的，以提高輥套的耐磨性和斷裂韌性。本發(fā)明通過高溫回火、增加回火次數(shù)，使之析出細小彌散的碳化物，減少了晶格畸變，并起到沉淀強化的作用，有效地增大了KIC值、加強了輥套的斷裂韌性。
[0013]本發(fā)明方法通過合理的離心澆注工藝，使內(nèi)外層實現(xiàn)冶金結(jié)合，結(jié)合狀態(tài)良好;通過對澆注溫度、澆注時間、離心機轉(zhuǎn)速等嚴格的控制，確保結(jié)合層狀態(tài)良好。
[0014]綜上所述，本發(fā)明及其方法徹底解決了原來鍛造焊接輥套容易起皮、剝落、掉塊，修復麻煩，焊條昂貴等弊病。經(jīng)過驗證，本發(fā)明輥套外層硬度為60?65HRC、內(nèi)層硬度為160?210HB、抗拉強度2 450Mpa、延伸率2 10%，使用壽命比以前鍛造堆焊輥套提高2倍以上。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0016]本離心陶瓷復合立磨輥套的外層采用離心復合鑄造工藝，將預制的陶瓷顆粒鑲鑄于外層高鉻鑄鐵的表面，陶瓷顆粒最好采用ZrO2 — Al2O3系復合陶瓷，主要成分為Al2O3和ZrO2,粒徑3?4mm;內(nèi)層采用球墨鑄鐵;外層材料化學成分的重量百分比為:C 2.3%?3.3%、Si 0.3%?1.0%、Mn 0.6%?1.2%、Cr 18%?22%、Ni 0.7%?1.7%、Mo 1.5%?3.0%、P < 0.03%、S<0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；內(nèi)層材料化學成分的重量百分比為:C 3.6%?3.9%、Si 2.5%?3.2%、Mn 0.3%?0.5%、P < 0.03%、S < 0.03%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0017]本離心陶瓷復合立磨輥套的制造方法包括熔化外層材料、熔化內(nèi)層材料、離心澆注和熱處理工序，工藝步驟如下所述:
(I)熔化外層材料工序:
A、將憐硫含量合格的廢鋼、生鐵、電極塊、銀板、絡(luò)鐵、娃鐵、猛鐵和鑰鐵混合加熱恪化，爐前調(diào)整成份合格后，將溫度升至1660?1680°C，而后出爐。
[0018]B、將稀土硅鐵破碎到粒度小于1mm的小塊，與堿面、鋁一起，于180?220°C烘干后，置于澆包底部，用包內(nèi)沖入法對鋼水進行復合變質(zhì)處理，得到外層鋼水;外層鋼水化學成分的重量百分比如上所述。
[0019](2 )熔化內(nèi)層材料工序:將廢鋼、電極、硅鐵、錳鐵混合加熱熔化，爐前調(diào)整成分合格后，將溫度升至1620?1650°C，在澆包內(nèi)加入稀土鎂合金、硅-鈣合金和Al、堿面，并用鐵肩覆蓋，隨后將內(nèi)層鋼水沖入澆包，并充分攪拌、扒渣，包內(nèi)鋼水加保溫劑覆蓋；內(nèi)層鋼水化學成分的重量百分比如上所述。
[0020](3)離心饒注工序:選擇離心機轉(zhuǎn)速400rpm?500rpm;鑄型材質(zhì)是灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鑄鋼，壁厚200mm?300mm，預熱溫度為150?220°C，噴上一層耐火涂料，涂料厚度1.5mm?5.0mm;鑄型烘干后將事先預制的陶瓷顆粒固定在型腔內(nèi)，安裝在離心機上待澆注；當鑄型溫度為150?220°C時澆注外層鋼水，外層鋼水總重的70%?80%饒入鑄型后，將已預熱的保護渣在澆道內(nèi)隨鋼水流均勻撒入;外層鋼水澆注完成，待鑄型內(nèi)外層鋼水內(nèi)表面溫度降到1380?1420°C時，開始澆注內(nèi)層鋼水，內(nèi)層鋼水澆注溫度為1380?1420°C ；當復合輥套凝固成型后脫模。
[0021](4)熱處理工序:包括退火、淬火和回火過程。
[0022]A、退火過程:退火的目的，一是使基體內(nèi)的溶質(zhì)原子均勻分布，二是消除鑄造應力；具體工藝是:輥套在熱處理爐中進行雙階段退火。以10?15°C/h的速度緩慢升溫至950?1000°C保溫15?20小時;然后爐冷至680?750°C，再保溫15?20小時；隨爐冷卻至100°C及以下出爐，風冷至室溫并進行粗加工。
[0023]B、淬火過程:淬火使奧氏體組織轉(zhuǎn)變成馬氏體和少量貝氏體及彌散碳化物，以使基體獲得足夠的硬度;具體工藝是:將輥套以10?15°C/h的速度緩慢升溫至950?1050°C，保溫15?20小時后，將輥套由爐內(nèi)取出，均勻風冷至300°C及以下，最好風冷至250?300°C;然后吊裝到回火爐中，隨爐緩慢冷卻至150?200°C。
[0024]C、回火過程:回火時，從殘余奧氏體中析出細小彌散的碳化物，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體和貝氏體;產(chǎn)生二次硬化效應，提高輥套的耐磨性；同時消除淬火時的熱處理應力，減少了晶格畸變，并起到沉淀強化的作用，提高斷裂韌性。具體工藝是:輥套在回火爐中進行至少二次回火;將輥套以10?15°C/h的速度緩慢加熱到550?600°C并保溫15?20小時，然后隨爐冷卻至100?150°C;再次進行上述加熱-保溫-爐冷過程，反復進行至少二次，優(yōu)選2?5次，最好3次;最后冷卻至100°C及以下出爐；出爐后空冷。
[0025](5)上述輥套經(jīng)精加工后，即可得到所述的離心陶瓷復合立磨輥套。
[0026]實施例1:本離心陶瓷復合立磨輥套采用下述工藝制備而成。
[0027](I)熔化外層材料工序:外層高鉻鑄鐵的化學成分重量百分比為:C 2.6%、Si0.6%、Μη 0.9%、Cr 19%、Ni 0.9%^Mo 1.8%、Ρ 0.02%、S 0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0028](2)熔化內(nèi)層材料工序:內(nèi)層球墨鑄鐵材料化學成分重量百分比為:C 3.7%、Si2.6%、Μη 0.4%、Ρ 0.01%、S 0.01%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0029](3)離心澆注工序:離心機轉(zhuǎn)速450rpm，鑄型的型腔內(nèi)固定有陶瓷顆粒;鑄型溫度為200°C時澆注外層鋼水，80%的外層鋼水澆入鑄型后，隨后續(xù)鋼水均勻加入已預熱的保護渣;外層鋼水澆注完成，待鑄型內(nèi)外層鋼水內(nèi)表面溫度降到1400°C時，開始澆注1400°C的內(nèi)層鋼水。
[0030](4)熱處理工序:a、退火:輥套以12°C/h的速度升溫至970°C，保溫20小時；爐冷至680°C保溫20小時；爐冷至80°C出爐。b、淬火:輥套自室溫以10°C/h的速度升溫至980°C，保溫18小時;將輥套由爐內(nèi)取出，均勻風冷至300°C;吊裝到回火爐中，隨爐緩慢冷卻至180°C。C、回火:將輥套以13°C/h的速度加熱到580°C并保溫15小時，然后隨爐冷至120°C;反復進行三次，即進行第二次、第三次上述回火工藝，第三次回火之后冷卻至100°C出爐。出爐空冷后進行精加工，即可得到所述的離心陶瓷復合立磨輥套。
[0031]經(jīng)檢測，本輥套外層硬度為61HRC、內(nèi)層硬度為177HB、抗拉強度477Mpa、延伸率
11.6%o
[0032]實施例2:本離心陶瓷復合立磨輥套采用下述工藝制備而成。
[0033](I)熔化外層材料工序:外層高鉻鑄鐵的化學成分重量百分比為:C 2.5%、Si0.7%、Μη 0.8%^Cr 20%^Ni I.1%、Μο 1.9%、Ρ 0.02%、S 0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0034](2)熔化內(nèi)層材料工序:內(nèi)層球墨鑄鐵材料化學成分重量百分比為:C 3.8%、Si3.0%^Mn 0.5%、P 0.01%、S 0.02%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0035](3)離心澆注工序:離心機轉(zhuǎn)速500rpm，鑄型的型腔內(nèi)固定有陶瓷顆粒;鑄型溫度為180°C時澆注外層鋼水，75%的外層鋼水澆入鑄型后，隨后續(xù)鋼水均勻加入已預熱的保護渣;外層鋼水澆注完成，待鑄型內(nèi)外層鋼水內(nèi)表面溫度降到1380°C時，開始澆注1380°C的內(nèi)層鋼水。
[0036](4)熱處理工序:a、退火:輥套以13°C/h的速度升溫至980°C，保溫18小時；爐冷至720°C保溫15小時；爐冷至95°