本申請涉及金屬壓力加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥及其制造方法。

背景技術(shù)：

軋輥?zhàn)鳛檐垯C(jī)主要工作消耗件，對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率等都具有直接的影響。硬質(zhì)合金軋輥相較于其他材質(zhì)的軋輥，具有硬度高、抗壓強(qiáng)度大、耐磨性好、耐腐蝕性好、摩擦系數(shù)小、熱傳導(dǎo)率低、使用壽命長、軋制的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，已成為線材軋面，尤其是高速線材軋機(jī)精軋、預(yù)精軋、中軋的主要軋輥材料。硬質(zhì)合金軋輥每修磨一次，單槽過鋼量達(dá)到800～1200噸以上，是球磨鑄鐵輥的10倍。并且硬質(zhì)合金軋輥可增加修磨次數(shù)，且軋出的鋼表面光潔度好。但同時(shí)硬質(zhì)合金輥環(huán)重量大、加工難度大、廢品率高、合金資源浪費(fèi)大、價(jià)格高、抗沖擊和抗震性能差，在受到高速的軋制速度、軋制壓力及熱沖擊負(fù)荷的影響，易產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)展，造成表面剝落和碎輥發(fā)生。

怎樣降低硬質(zhì)合金輥環(huán)的價(jià)格、減少合金消耗已引起行業(yè)的重視，針對這一弊病，目前使用較普遍的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥，外層采用硬質(zhì)合金，內(nèi)層采用韌性較好的高強(qiáng)度鋼，內(nèi)外層之間采用粘結(jié)劑粘合而成，這樣的生產(chǎn)工藝減少硬質(zhì)合金的使用量，從而降低生產(chǎn)成本。但因?yàn)椴煌牧系臒崤蛎浵禂?shù)不相同，尤其是硬質(zhì)合金的熱膨脹系數(shù)相對較小，在進(jìn)行加熱等工藝進(jìn)行結(jié)合時(shí)，結(jié)合界面處有的會被拉開有的變得疏松，在結(jié)合界面處形成很大的殘留應(yīng)力，降低了結(jié)合界面處的粘結(jié)強(qiáng)度，在結(jié)合界面處出現(xiàn)被剝離的現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥由于不同材料的熱膨脹系數(shù)不同而使得在加工過程中結(jié)合界面處有的被拉開有的變得疏松，降低了結(jié)合界面處的粘結(jié)強(qiáng)度，容易出現(xiàn)在結(jié)合界面處被剝離的問題。

為此，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：一種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥，包括硬質(zhì)合金外套、中間層和硬質(zhì)合金內(nèi)套；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套外部設(shè)置有與其電鍍結(jié)合的中間層，所述硬質(zhì)合金外套設(shè)置于所述中間層外部，所述硬質(zhì)合金外套通過所述中間層與所述硬質(zhì)合金內(nèi)套冶金結(jié)合；

所述硬質(zhì)合金內(nèi)套成份與所述硬質(zhì)合金外套相近或者相同。

可選地，所述硬質(zhì)合金外套與所述電鍍好的硬質(zhì)合金內(nèi)套過盈配合；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套可重復(fù)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(zhì)合金外套的壁厚10～30mm，且不少于軋輥磨耗量。

可選地，所述中間層所含銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.7％，所述中間層的壁厚0.05mm～0.20mm。

可選地，所述硬質(zhì)合金內(nèi)套的壁厚20mm～40mm。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥制造方法，所述制造方法包括以下步驟：

(1)對硬質(zhì)合金內(nèi)套和硬質(zhì)合金外套按預(yù)定尺寸進(jìn)行加工；

(2)對硬質(zhì)合金內(nèi)套外圓表面進(jìn)行預(yù)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(zhì)合金內(nèi)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(zhì)合金內(nèi)套和硬質(zhì)合金外套進(jìn)行過盈配合，采用熱裝，先將硬質(zhì)合金外套加熱到200℃～300℃，然后進(jìn)行過盈配合套裝，過盈量為0～0.02mm；

(5)將套裝好的復(fù)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，然后隨爐冷卻。

可選地，所述步驟(2)中的預(yù)處理包括：去除表面的氧化層后用去離子水超聲波清洗5～20min；在15％的硫酸中酸洗1～2min，然后將硬質(zhì)合金內(nèi)套放在沸騰的離子水中煮1～2h進(jìn)行封孔處理，使酸洗時(shí)滲入的酸性溶液充分稀釋；在用0.5％硫酸制成的弱浸蝕溶液中弱化0.5～1min，然后迅速清洗，上掛具入槽預(yù)鍍。

可選地，所述步驟(3)中硬質(zhì)合金內(nèi)套外圓電鍍中間層包括：預(yù)鍍和電鍍；所述預(yù)鍍采用氰化鍍銅，形成鍍銅層；所述電鍍采用硫酸鹽鍍銅。

可選地，所述硬質(zhì)合金外套由以下重量份的原料制成：碳化鎢45～80份，鈷20～60份；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套由以下重量份的原料制成：碳化鎢45～80份，鈷20～60份。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案包括以下有益效果：本申請硬質(zhì)合金內(nèi)套和硬質(zhì)合金外套采用成份相同或相近的硬質(zhì)合金材料，具有相同或相近的熱膨脹系數(shù)，可極大地改善或消除異種材料由于熱膨脹系數(shù)不一致引起結(jié)合界面的缺陷。由于硬質(zhì)合金外套通過中間層與硬質(zhì)合金內(nèi)套冶金結(jié)合，硬質(zhì)合金內(nèi)套可使用舊輥套進(jìn)行加工，重復(fù)利用，極大地節(jié)約硬質(zhì)合金材料，降低制造成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1的符號表示為：

1-硬質(zhì)合金外套，2-中間層，3-硬質(zhì)合金內(nèi)套。

具體實(shí)施方式

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)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(zhì)制作，兩種材質(zhì)之間為冶金結(jié)合的軋輥，復(fù)合軋輥既能滿足軋機(jī)對輥身耐磨性、抗熱疲勞等性能的要求，同時(shí)又保證了芯部和輥頸的強(qiáng)韌性。外層和芯部材質(zhì)主要根據(jù)軋輥所在機(jī)架對其使用性能的具體要求選定。常用的復(fù)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(zhì)合金等；芯部常用材料為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼、鍛鋼。

硬質(zhì)合金是由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金工藝制成的一種合金材料。

硬質(zhì)合金具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)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(shí)仍有很高的硬度。

在機(jī)械加工和制造過程中,二個(gè)或二個(gè)以上零件的配合狀態(tài)粗略可分為滑動配合、過渡配合和緊配合等許多等級，過盈配合屬于緊配合中的一種，也就是說相配對的軸徑(鍵寬)要大于孔徑(鍵槽)，必須采用特殊工具擠壓進(jìn)去，或利用熱漲冷縮的特性，將孔(鍵槽)加熱，趁孔徑擴(kuò)大，迅速套到軸上，待冷卻收縮后二個(gè)零件就緊緊配合成一體了。

冶金結(jié)合(metallurgical bond)是指兩件金屬的界面間原子相互擴(kuò)散而形成的結(jié)合。這種結(jié)合或者是連接狀態(tài)，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。

復(fù)合材料的界面形成冶金結(jié)合后，有良好的工藝性能。能夠進(jìn)行各種冷、熱壓力加工成型，可以進(jìn)行焊接和機(jī)械加工。這是界面為機(jī)械結(jié)合或范德華力結(jié)合的冷復(fù)合材料不能比擬的。

實(shí)施例一

參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥，包括硬質(zhì)合金外套1、中間層2和硬質(zhì)合金內(nèi)套3；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3外部設(shè)置有與其電鍍結(jié)合的中間層2，所述硬質(zhì)合金外套1設(shè)置于所述中間層2外部，所述硬質(zhì)合金外套1通過所述中間層2與所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3冶金結(jié)合；

所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3成份與所述硬質(zhì)合金外套1相近或者相同。

本申請中涉及的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥中的硬質(zhì)合金內(nèi)套3和硬質(zhì)合金外套1采用成份相同或相近的硬質(zhì)合金材料，具有相同或相近的熱膨脹系數(shù)，可極大地改善或消除異種材料由于熱膨脹系數(shù)不一致引起結(jié)合界面的缺陷。

實(shí)施例二

參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥，包括硬質(zhì)合金外套1、中間層2和硬質(zhì)合金內(nèi)套3；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3外部設(shè)置有與其電鍍結(jié)合的中間層2，所述硬質(zhì)合金外套1設(shè)置于所述中間層2外部，所述硬質(zhì)合金外套1通過所述中間層2與所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3冶金結(jié)合；

所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3成份與所述硬質(zhì)合金外套1相近或者相同。

可選地，所述硬質(zhì)合金外套1與所述電鍍好的硬質(zhì)合金內(nèi)套3過盈配合；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3可重復(fù)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(zhì)合金復(fù)合軋輥具有外套、中間層2和內(nèi)套。所述外套為硬質(zhì)合金材料，其成份根據(jù)使用要求確定，主要作為工作層；所述中間層2為結(jié)合層，采用銅或銅合金材料；所述內(nèi)套為硬質(zhì)合金輥套，其成份與外套相同或相近，起支撐作用，依據(jù)軋輥的尺寸需要確定，內(nèi)套可重復(fù)使用。本實(shí)施例中涉及的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥中的硬質(zhì)合金內(nèi)套3和硬質(zhì)合金外套1采用成份相同或相近的硬質(zhì)合金材料，具有相同或相近的熱膨脹系數(shù)，可極大地改善或消除異種材料由于熱膨脹系數(shù)不一致引起結(jié)合界面的缺陷。由于硬質(zhì)合金外套通過中間層與硬質(zhì)合金內(nèi)套3冶金結(jié)合，硬質(zhì)合金內(nèi)套3可使用舊輥套進(jìn)行加工，重復(fù)利用，極大地節(jié)約硬質(zhì)合金材料，降低制造成本。

實(shí)施例三

參見圖1，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥，包括硬質(zhì)合金外套1、中間層2和硬質(zhì)合金內(nèi)套3；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3外部設(shè)置有與其電鍍結(jié)合的中間層2，所述硬質(zhì)合金外套1設(shè)置于所述中間層2外部，所述硬質(zhì)合金外套1通過所述中間層2與所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3冶金結(jié)合；

所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3成份與所述硬質(zhì)合金外套1相近或者相同。

可選地，所述硬質(zhì)合金外套1與所述電鍍好的硬質(zhì)合金內(nèi)套3過盈配合；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3可重復(fù)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(zhì)合金外套1的壁厚15mm，且不少于軋輥磨耗量。

可選地，所述中間層2所含銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.7％，所述中間層的壁厚0.11mm。

可選地，所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3的壁厚25mm。

本申請中涉及的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥具有外套、中間層2和內(nèi)套。所述外套為硬質(zhì)合金材料，其成份根據(jù)使用要求確定，主要作為工作層，其厚度為15mm,且不少于軋輥磨耗量；所述中間層2為結(jié)合層，采用銅或銅合金材料，其主要成份(質(zhì)量％)為：Cu>99.7和其他，壁厚為0.11mm；所述內(nèi)套為硬質(zhì)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(jù)軋輥的尺寸需要確定，內(nèi)套可重復(fù)使用。本實(shí)施例中涉及的硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥中的硬質(zhì)合金內(nèi)套3和硬質(zhì)合金外套1采用成份相同或相近的硬質(zhì)合金材料，具有相同或相近的熱膨脹系數(shù)，可極大地改善或消除異種材料由于熱膨脹系數(shù)不一致引起結(jié)合界面的缺陷。由于硬質(zhì)合金外套1通過中間層與硬質(zhì)合金內(nèi)套3冶金結(jié)合，硬質(zhì)合金內(nèi)套3可使用舊輥套進(jìn)行加工，重復(fù)利用，極大地節(jié)約硬質(zhì)合金材料，降低制造成本。

實(shí)施例四

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種硬質(zhì)合金復(fù)合軋輥制造方法，所述制造方法包括以下步驟：

(1)對硬質(zhì)合金內(nèi)套3和硬質(zhì)合金外套1按預(yù)定尺寸進(jìn)行加工；

(2)對硬質(zhì)合金內(nèi)套3外圓表面進(jìn)行預(yù)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(zhì)合金內(nèi)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(zhì)合金內(nèi)套3和硬質(zhì)合金外套1進(jìn)行過盈配合，采用熱裝，先將硬質(zhì)合金外套1加熱到250℃，然后進(jìn)行過盈配合套裝，過盈量為0.01mm；

(5)將套裝好的復(fù)合軋輥放入真空加熱爐中，緩慢升溫到到1110℃，保溫1.5h，然后隨爐冷卻。

可選地，所述硬質(zhì)合金外套1由以下重量份的原料制成：碳化鎢65份，鈷35份；所述硬質(zhì)合金內(nèi)套3由以下重量份的原料制成：碳化鎢55份，鈷45份。

本申請中硬質(zhì)合金外套到外徑為285mm、內(nèi)徑為235.2mm、高度為95mm，硬質(zhì)合金內(nèi)套到外徑為235mm、內(nèi)徑為160mm、高度為95mm，外套硬質(zhì)合金成份為65％碳化鎢、鈷和其他微量元素,內(nèi)套硬質(zhì)合金成份為55％的碳化鎢、鈷和其他微量元素,內(nèi)套和外套硬質(zhì)合金成份可根據(jù)具體使用要求進(jìn)行確定。

對硬質(zhì)合金內(nèi)套3外圓表面進(jìn)行預(yù)處理，首先拋光處理，去除表面的氧化層，然后用去離子水超聲波清洗，時(shí)間為10min。接著在15％的硫酸中酸洗1min，然后將硬質(zhì)合金放在沸騰的離子水中煮1h進(jìn)行封孔處理，使酸洗時(shí)滲入的酸性溶液充分稀釋。接著在用0.5％硫酸制成的弱浸蝕溶液中弱化0.5min，然后迅速清洗，上掛具入槽預(yù)鍍。

對硬質(zhì)合金內(nèi)套3外圓表面電鍍銅，鍍層厚度0.11mm；先預(yù)鍍，預(yù)鍍采用氰化鍍銅，形成鍍銅層；預(yù)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(yù)鍍液20℃，采用空氣攪拌，電流密度為0.4A/dm，陽極為紫銅，電鍍時(shí)間20s；電鍍采用硫酸鹽鍍銅，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℃，采用空氣攪拌，電流密度為2A/dm，陽極為紫銅，電鍍6min。鍍銅后的硬質(zhì)合金內(nèi)套到外徑為235.11mm。

將硬質(zhì)合金外套1與電鍍好硬質(zhì)合金內(nèi)套3的過盈套裝在一起，采用熱裝，先將外套加熱到250℃，再套裝。

將套裝好的復(fù)合軋輥放入真空加熱爐中，緩慢升溫到到1110℃，再保溫1.5h,然后隨爐冷卻。

本申請中涉及到的厚度均為壁厚，也即所提到的硬質(zhì)合金外套1、中間層2和硬質(zhì)合金內(nèi)套3的厚度都是其內(nèi)徑與外徑的差值。

以上所述僅是本發(fā)明實(shí)施例的具體實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)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(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本申請并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的內(nèi)容，并且可以在不脫離其范圍進(jìn)行各種修改和改變。本申請的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。