一种复合挤压辊及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201611001776.0 | 申请日 | 2016-11-15 | 公开(公告)号 | CN106513107A | 公开(公告)日 | 2017-03-22 |
| 申请人 | 昆明理工大学; | 发明人 | 蒋业华; 贾元伟; 周谟金; 张孝足; 王楠; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种复合 挤压 辊及其制备方法，属于金属基 复合材料 领域。本发明所述包复合挤压辊括耐磨柱钉、辊套、辊体，所述辊体的外面套有辊套，辊套由金属基体层和陶瓷增强复合层组成，金属基体层位于靠近辊体的一面，辊套的外圆周上设有多个蜂窝孔，耐磨柱钉通过 过盈配合 装配到蜂窝孔里。解决传统挤压辊易磨损、使用寿命短、维修成本大等问题，具体方法为首先制备出带有蜂窝孔的陶瓷增强金属基的挤压辊辊套，然后将耐磨柱钉压入蜂窝孔状处，制备出新型的耐磨挤压辊。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种复合挤压辊，其特征在于：包括耐磨柱钉（4）、辊套（5）、辊体（6），所述辊体（6）的外面套有辊套（5），辊套（5）由金属基体层（2）和陶瓷增强复合层（1）组成，金属基体层（2）位于靠近辊体（6）的一面，辊套（5）的外圆周上设有多个蜂窝孔（3），耐磨柱钉（4）通过过盈配合装配到蜂窝孔（3）里。 |
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| 说明书全文 | 一种复合挤压辊及其制备方法技术领域背景技术[0002] 辊压机作为一种高效节能的粉碎设备已经在水泥建材等行业得到广泛应用，随着辊压机技术的发展，其在矿山破碎粉磨作业中得到应用。辊压机能使粉碎系统生产效率提高30%-400%，能耗降低20%-30%。辊压机工作时，两个相向运动的挤压辊在液压系统的作用下，产生巨大挤压力，将物料粉碎。辊面此时需承50-300MPa的压力，与物料产生强烈的摩擦，并受到物料的冲击力，辊面极易磨损。目前辊压机挤压辊辊面主要有表面堆焊（主要应用于水泥等脆性矿 ）、六面形粉末冶金辊面、镶嵌粉末冶金耐磨柱钉辊面。近年来，随着国家发展迅速，对矿物等原材料需求日益增强，挤压辊的消耗量逐年上升。但传统的挤压辊，因其使用寿命短，制造工艺难度大，成本高，修复时间长，修复成本高、难以大型化等问题，难以满足现在市场的需要。为了解决现实所面临的问题，一种耐磨金属陶瓷挤压辊随之产生。利用金属材料的高韧性来提高抗冲击和抗剪切力，复合材料区的陶瓷颗粒为抗磨介质。此种挤压辊耐磨性、耐压力和耐冲击性能好，且具有一定耐高温性能，适用于更严酷的工况条件。 [0003] 中国发明专利CN102441462A公布了一种高耐磨辊压机挤压辊及制造工艺，其方法是在挤压辊表面加工出圆形槽，槽的间距3-6mm，在槽内镶嵌硬质合金圆柱，硬质合金圆柱高于辊面2mm，然后通过钎焊的方法将硬质合金圆柱和辊面连接。此种方法制备出的挤压辊耐磨性提高。但是此方法存在以下缺陷，耐磨柱钉固定比较麻烦，且焊接过程中容易形成缺陷，易造成柱钉脱落。另外，硬质合金圆柱磨损后不易更换。此外，挤压辊辊面容易磨损，挤压辊使用寿命短。中国发明专利CN105039836A公开了一种辊磨机镶铸辊面及其制备方法，其方法是将硬质合金球与铸铁耐磨块，在气体保护下烧结，得到预制烧结块，然后通过离心铸造的方法制备出挤压辊。但是此方法制备工艺复杂，设备要求高，增加了制造成本。中国发明专利CN102784686A公开了一种辊压机用柱钉，其方法是将碳化物和粘结相混合后，通过粉末冶金低压烧结来制备柱钉，但是此方法碳化物成本高，增加了辊压机的制造成本。 发明内容[0004] 本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种复合挤压辊，包括耐磨柱钉4、辊套5、辊体6，所述辊体6的外面套有辊套5，辊套5由金属基体层2和陶瓷增强复合层1组成，金属基体层2位于靠近辊体6的一面，辊套5的外圆周上设有多个蜂窝孔3，耐磨柱钉4通过过盈配合装配到蜂窝孔3里。 [0005] 优选的，本发明所述金属基体层2的厚度为50 120mm，陶瓷增强复合层1的厚度为~10 30mm，蜂窝孔3的深度为20 50mm。 ~ ~ [0006] 优选的，本发明所述蜂窝孔3的孔径大小为8-20mm，耐磨柱钉的高度为25 60mm。~ [0007] 优选的，本发明所述蜂窝孔3等距排列，蜂窝孔间距20 40mm。~ [0008] 本发明的另一目的在于提供所述复合挤压辊的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将陶瓷颗粒、粘结剂、合金粉末充分混合，填充到模具中得到具有蜂窝结构陶瓷预制体，将预制体预热烘干后，拼接成所需辊套形状，放入砂型型腔中，然后预热型腔，浇注金属液（为耐磨金属，例如高铬铸铁、高锰钢、低合金耐磨铸钢、中合金耐磨铸钢等耐磨钢铁）进行复合，得到带有蜂窝孔的陶瓷-金属挤压辊辊套，最后对辊套上的蜂窝孔进行加工，使其达到所需精度。 [0009] （2）利用粉末冶金烧结工艺得到耐磨柱钉，耐磨柱钉的材质为硬质合金；把耐磨柱钉过通过盈配合装配到辊套上，再将辊套套在辊体的外面得到复合挤压辊。 [0010] 优选的，本发明所述陶瓷颗粒、粘结剂、合金粉末的质量比为100:5-10:20-80，其中，陶瓷颗粒的粒径大小为200目 30目。~ [0012] 优选的，本发明所述耐磨柱钉的成分为Fe：40-50%，Mn：5-10%，Ni：2-5%，C：0.6-0.8%，其余为硬质颗粒。 [0013] 优选的，本发明所述金属液为高铬铸铁、高锰钢、低合金耐磨铸钢、中合金耐磨铸钢的金属液。 [0014] 本发明的有益效果：（1）本发明所述带有蜂窝孔的陶瓷金属挤压辊辊套，既保证了辊套强度，又大大提高了辊套的耐磨性，在给料粒度较大或给料有波动时，能很好的保护辊面，使辊面不易磨损，使辊套寿命提高，当辊套达到使用极限时，可以更换辊套，节约成本，降低了设备维修时间和周期。 [0015] （2）在挤压辊在工作时，辊面可以形成一层垫料层，起到保护辊面，减缓磨损的作用。另外当进铁等硬物或者压力过大等原因造成柱钉断裂或者脱落的情况下，可以通过快速更换耐磨柱钉来提高挤压辊的工作效率和使用寿命。 [0017] 图1是本发明新型金属基陶瓷复合材料挤压辊意图；图2是本发明带有蜂窝孔的陶瓷-金属挤压辊辊套示意图； 图3是本发明制备得到的蜂窝状陶瓷预制体示意图； 图4是实施例1中ZTA/高锰钢复合材料微观组织图； 图5是实施例2中ZTA/高铬铸铁复合材料微观组织图。 [0018] 图中：1-蜂窝陶瓷增强复合层；2-金属基体层；3-蜂窝孔；4-耐磨柱钉；5-辊套；6-辊体。 具体实施方式[0019] 下面结合附图和实施实例，对本发明做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。 [0020] 实施例1本实施例所述复合挤压辊，包括耐磨柱钉4、辊套5、辊体6，所述辊体6的外面套有辊套 5，辊套5由金属基体层2和陶瓷增强复合层1组成，金属基体层2位于靠近辊体6的一面，辊套 5的外圆周上设有多个蜂窝孔3，耐磨柱钉4通过过盈配合装配到蜂窝孔3里；所述金属基体层2的厚度为50mm，陶瓷增强复合层1的厚度为10mm，蜂窝孔3的深度为20mm；蜂窝孔3的孔径大小为8mm，耐磨柱钉的高度为25mm；蜂窝孔3等距排列，蜂窝孔间距20mm，如图1 3所示。 ~ [0021] 本实施例所述复合挤压辊的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按陶瓷颗粒、粘结剂、合金粉末的质量比为100:10:50的比例将200目的锆刚玉陶瓷颗粒、水玻璃、合金粉末充分混合，在粘结剂的作用下，填充到模具型腔中成型得到具有蜂窝结构的陶瓷预制体，将预制体预热烘干后（900℃，保温30min），拼接成所需辊套形状，放入砂型型腔中，然后预热型腔，在1520℃条件下浇注高锰钢熔融金属液进行复合，得到带有蜂窝孔的陶瓷-金属挤压辊辊套，最后对辊套上的蜂窝孔进行加工，使其达到所需精度；其中，合金粉末为铝粉、铁粉、硅粉、钨粉，其比例分别为5%、70%、2%、23%。 [0022] （2）利用粉末冶金烧结工艺得到耐磨柱钉，耐磨柱钉的材质为硬质合金（成分为Fe：50%，Mn：5%，Ni：2%，C：0.8%，硬质颗粒WC：42.2%）；把耐磨柱钉过通过挤压的方式压入到陶瓷-高锰钢辊套的蜂窝孔中，再将辊套套在辊体的外面得到复合挤压辊。 [0023] 本实施例所制备出的耐磨陶瓷颗粒-高锰钢基陶瓷复合材料挤压辊，其复合区中陶瓷颗粒所占体积分数可达60%，颗粒均匀分布在基体中，陶瓷颗粒与基体结合良好，辊面具有较高的硬度，耐磨性和韧性较好，可用于高压力高冲击下的各种矿物粉碎，可以用来粉碎粒度较大的矿石，具有较高的使用寿命，降低了成本，提高了效率。本实施例制备得到的锆刚玉/高锰钢复合辊套的金相图如图4所示，由图4可以看出颗粒在基体中均匀分布，颗粒与金属基体结合良好。 [0024] 实施例2本实施例所述复合挤压辊，包括耐磨柱钉4、辊套5、辊体6，所述辊体6的外面套有辊套 5，辊套5由金属基体层2和陶瓷增强复合层1组成，金属基体层2位于靠近辊体6的一面，辊套 5的外圆周上设有多个蜂窝孔3，耐磨柱钉4通过过盈配合装配到蜂窝孔3里；所述金属基体层2的厚度为120mm，陶瓷增强复合层1的厚度为25mm，蜂窝孔3的深度为30mm；蜂窝孔3的孔径大小为15mm，耐磨柱钉的高度为40mm；蜂窝孔3等距排列，蜂窝孔间距30mm，如图1 3所示。 ~ [0025] 本实施例所述复合挤压辊的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按陶瓷颗粒、粘结剂、合金粉末的质量比为100:8:20的比例将60目的锆刚玉陶瓷颗粒、硅溶胶、合金粉末充分混合，在粘结剂的作用下，填充到模具型腔中成型得到具有蜂窝结构的陶瓷预制体，将预制体预热烘干后（800℃，保温30min），拼接成所需辊套形状，放入砂型型腔中，然后预热型腔，在1500℃条件下浇注高铬铸铁熔融金属液进行复合，得到带有蜂窝孔的陶瓷-金属挤压辊辊套，最后对辊套上的蜂窝孔进行加工，使其达到所需精度；其中，合金粉末为铝粉、铁粉、硅粉、钨粉，其比例分别为5%、60%、5%、30%。 [0026] （2）利用粉末冶金烧结工艺得到耐磨柱钉，耐磨柱钉的材质为硬质合金（成分为Fe：40%，Mn：5%，Ni：4%，C：0.6%，硬质颗粒TiC：52.4%）；把耐磨柱钉过通过挤压的方式压入到陶瓷-高铬铸铁辊套的蜂窝孔中，再将辊套套在辊体的外面得到复合挤压辊。 [0027] 本实施例所制备出的耐磨陶瓷颗粒/高铬铸铁基陶瓷复合材料挤压辊，其复合区中陶瓷颗粒所占体积分数可达50%，颗粒均匀分布在基体中，陶瓷颗粒与基体结合良好，辊面的硬度高，耐磨性好，可用于中低压力较小冲击下的各种矿物粉碎，具有较高的使用寿命，降低了成本，提高了效率。本实施例制备得到的锆刚玉/高铬铸铁的扫描电镜图如图5所示，由图5可以看出颗粒均匀分布在基体中且与基体结合良好。 [0028] 实施例3本实施例所述复合挤压辊，包括耐磨柱钉4、辊套5、辊体6，所述辊体6的外面套有辊套 5，辊套5由金属基体层2和陶瓷增强复合层1组成，金属基体层2位于靠近辊体6的一面，辊套 5的外圆周上设有多个蜂窝孔3，耐磨柱钉4通过过盈配合装配到蜂窝孔3里；所述金属基体层2的厚度为80mm，陶瓷增强复合层1的厚度为30mm，蜂窝孔3的深度为50mm；蜂窝孔3的孔径大小为20mm，耐磨柱钉的高度为30mm；蜂窝孔3等距排列，蜂窝孔间距40mm，如图1 3所示。 ~ [0029] 本实施例所述复合挤压辊的制备方法，具体包括以下步骤：（1）按陶瓷颗粒、粘结剂、合金粉末的质量比为100:5:80的比例将100目的WC陶瓷颗粒、水玻璃、合金粉末充分混合，在粘结剂的作用下，填充到模具型腔中成型得到具有蜂窝结构的陶瓷预制体，将预制体预热烘干后（800℃，保温30min），拼接成所需辊套形状，放入砂型型腔中，然后预热型腔，在1500℃条件下浇注低合金耐磨铸钢熔融金属液进行复合，得到带有蜂窝孔的陶瓷-金属挤压辊辊套，最后对辊套上的蜂窝孔进行加工，使其达到所需精度； 其中，合金粉末为铝粉、铁粉、硅粉、钨粉，其比例分别为10%、60%、10%、20%。 [0030] （2）利用粉末冶金烧结工艺得到耐磨柱钉，耐磨柱钉的材质为硬质合金（成分为Fe：48%，Mn：5%，Ni：4.4%，C：0.6%，硬质颗粒TiC：44%）；把耐磨柱钉过通过挤压的方式压入到陶瓷-低合金耐磨铸钢辊套的蜂窝孔中，再将辊套套在辊体的外面得到复合挤压辊。 [0031] 本实施例所制备出的耐磨陶瓷颗粒/低合金耐磨铸钢陶瓷复合材料挤压辊，其复合区中陶瓷颗粒所占体积分数可达55%，颗粒均匀分布在基体中，陶瓷颗粒与基体可形成冶金结合，界面强度高，辊面的硬度高，耐磨性好，可用于中高压力中高冲击下的各种矿物粉碎，具有较高的使用寿命，降低了成本，提高了效率。 |
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