CN102259114A - 一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法，通过对轧辊材质由内到外的复合梯度设计而得，其特征在于，所述高耐磨长寿命高性能复合轧辊由内到外包括辊芯、过渡层和工作层，所述辊芯是由常规的球铁、碳钢或低合金钢等材料构成，所述工作层则如钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金或高铬铁等具有高硬度和高耐磨性的材料构成，过渡层材料的物理性能介于辊芯材料和工作层材料之间。本发明增强了轧辊的耐磨性，提高其使用寿命。并且极大的提高了材料的利用率，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及轧辊的制造领域，特别涉及基于仿生学基础上建立起来的一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法。
背景技术
轧辊是使轧制的金属材料产生塑形形变的重要工具，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾轧材各种金属材料使其产生塑性变形。其在轧制过程中要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响，因此轧辊在使用过程中将不断的被磨损，常规的修复方法只是采用车削或者磨削的方式修正辊型，而一旦轧辊的尺寸被磨损到不能修复的阶段，整个轧辊就将报废，造成材料的巨大浪费。因此轧辊的材质对轧辊的耐磨性以及使用寿命起决定性作用。近几年来，虽然轧辊的材质的发展经历了从单一的铸铁、球墨铸铁到高铬铸铁，从半高速钢到硬质合金的飞跃。虽然通过材质的改进提高了一定程度上提高了轧辊的耐磨性和使用寿命，但其使用寿命仍然较短，并且且一旦磨损后失效后，修复非常困难，虽然目前的众多技术如轧辊的表面加热淬火，激光淬火，激光熔凝，激光熔覆等已经能对轧辊的工作层进行修复，但由于裂纹等问题的影响，修复的厚度有限(0.1-2mm)，很难使轧辊恢复原有的形貌。因此修复后的轧辊工作寿命非常有限，造成了巨大的材料的浪费。因此如何设计一种高耐磨长寿命宜修复的轧辊一直是轧辊制造业的面临的重大问题。
仿生设计是模仿生物***的原理来构造技术***或使人造技术***具有或类似于生物***的特征。生物***中的各种结构都是经过大自然的选择，经历了千百万的进化而得来的，具有这最佳的结构设计。如各种的蚌壳，龟壳以及牙齿等等生物组织都有着非同寻常的耐磨性与硬度。虽然这些生物组织有着非常卓越的耐磨性与硬度，但是其结构都并非是单一的。以牙齿为例，只是最表面的牙釉质是非常坚硬的，其内层的牙本质和牙骨质都是非常柔软的。但是这些物质并不影响牙齿整体的硬度与耐磨性。这是一种经大自然选择的最优化的结构设计。而在轧辊中有效的工作物质同样也仅仅是其最外面的一层，从这一点来讲，牙齿和轧辊是一致的。因此通过借鉴蚌壳，龟壳以及牙齿等的生物特性，对轧辊进行仿生设计，以进一步提高的轧辊的耐磨性，增加使用寿命，降低修复难度具有非常广泛的经济效益和社会效益。
发明内容
针对上述背景技术的缺点，本发明提供1.一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法，解决了常规轧辊存在的工作层合金偏析与上下厚差较大、晶粒组织粗大以及离心铸造过程中产生的气孔、裂纹和界面结合不良等问题。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法，通过对轧辊材质由内到外的复合梯度设计而得，所述高耐磨长寿命高性能复合轧辊由内到外包括辊芯、过渡层和工作层，所述辊芯是由常规的球铁、碳钢或低合金钢等材料构成，所述工作层则如钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金或高铬铁等具有高硬度和高耐磨性的材料构成，过渡层材料的物理性能介于辊芯材料和工作层材料之间。
作为本发明的优选方案，所述过渡层可由多层构成，其可以是由辊芯材料和工作层材料所构成的复合材料，也可以是添加其他功能材料的复合材料。
作为本发明的优选方案，所述过渡层分为第一过渡层和第二过渡层，并且过渡层本身采取梯度设计。
本发明带来的有益效果是：
1、通过在轧辊的基材上逐步引入高硬度高耐磨的功能材料作为工作层材料；
2、通过材料成份由内到外的梯度设计实现了轧辊基材和引入的工作层材料的完美结合；
3、解决了传统轧辊存在的工作层合金偏析与上下厚差较大、晶粒组织粗大以及离心铸造过程中产生的气孔、裂纹和界面结合不良等问题
附图说明
图1是本发明的所述轧辊的结构示意图
1-辊芯 2-第一过渡层
3-第二过渡层 4-工作层
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示的一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法，通过对轧辊材质由内到外的复合梯度设计而得，其特征在于，所述高耐磨长寿命高性能复合轧辊由内到外包括辊芯、过渡层和工作层，所述辊芯是由常规的球铁、碳钢或低合金钢等材料构成，所述工作层则如钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金或高铬铁等具有高硬度和高耐磨性的材料构成，过渡层材料的物理性能介于辊芯材料和工作层材料之间。所述过渡层可由多层构成，其可以是由辊芯材料和工作层材料所构成的复合材料，也可以是添加其他功能材料的复合材料。所述过渡层分为第一过渡层和第二过渡层，并且过渡层本身采取梯度设计。
实施实例1
基材材质：100％球铁；
过渡层材质：过渡层共分为三层，由内到外为第一层、第二层和第三层。第一层添加20％WC，2％Cr，3％TiC，剩余材质为铁，第二层中添加35％WC，4％Co，6％TiC；余量为铁。第三层添加50％WC，6％Co，9％TiC，余量为铁；
工作层材质：79％WC，15％TiC和6％Co。
备注：本专利中涉及的百分比均为质量百分比。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法，通过对轧辊材质由内到外的复合梯度设计而得，其特征在于，所述高耐磨长寿命高性能复合轧辊由内到外包括辊芯、过渡层和工作层，所述辊芯是由常规的球铁、碳钢或低合金钢等材料构成，所述工作层则如钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金或高铬铁等具有高硬度和高耐磨性的材料构成，过渡层材料的物理性能介于辊芯材料和工作层材料之间。
2.根据权利要求1所述的一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法，其特征在于，所述过渡层可由多层构成，其可以是由辊芯材料和工作层材料所构成的复合材料，也可以是添加其他功能材料的复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿生高耐磨长寿命宜修复的新型复合轧辊制造方法，其特征在于，所述过渡层分为第一过渡层和第二过渡层，并且过渡层本身采取梯度设计。
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