[发明专利]碳化钨颗粒增强金属基复合材料耐磨磨辊及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料耐磨磨辊，特别涉及一种碳化钨颗粒增强金属基复合材料耐磨磨辊，本发明用于冶金，电力，矿山，建材等行业的各种中速磨粉机的磨辊，特别适合于火力发电厂，处于冲击环境下的中速磨辊，本发明还涉及该耐磨磨辊的制备方法，并且这种制备方法亦可用于其他耐磨件的制备。

背景技术

在煤炭、冶金、矿山、电力、建材、耐火材料、能源等行业，制粉系统使用大量的磨辊，它作为主要的磨损件。它运行情况的好坏，一定程度上决定了企业的经济效益。本发明主要针对火力发电厂的中速磨煤机的磨辊而进行研发的，目前火力发电厂所用的磨辊主要为整体铸造的高铬铸铁。随焊接技术的提高，当高铬铸铁磨损后在其上面反复堆焊耐磨合金层，来提高磨辊的使用寿命。目前磨辊的材质主要是高铬铸铁，采用整体铸造工艺铸出的毛坯，对后续的机械加工过程中遇到了许多困难，人们往往为了满足易于加工的性能，常降低铬的含量，但铬含量降低后，其硬度和耐磨性变差，这样出现了磨辊的耐磨性和机械加工性能这一对矛盾。同时高铬铸铁的脆性决定其抗冲击性能差，铬含量越高，耐磨性越好，脆性越大，铬含量越低，耐磨性越差，韧性越好，这样又出现了抗冲击性和耐磨性的矛盾。通常磨粉系统的磨辊均处在一定的冲击力下运行，加之我国火电厂，使用的煤质差别较大，造成磨辊往往达不到设计的寿命就失效，同时整体铸造的高铬铸铁磨辊，其机械加工性能较差，不利于后续处理。堆焊虽然能提高使用寿命，但堆焊设备昂贵，堆焊一次，其寿命增加不大，同时电厂磨辊频繁的更换需要停机，造成了极大的经济损失。本发明主要目的是利用颗粒增强金属基复合材料的原理提高火力发电厂中速磨辊的耐磨性，同时要其具备较好的机械加工性能，从而达到延长其使用寿命的目的。选用具有较高硬度的铸造WC颗粒为增强相，和具有一定韧性的镍基合金为基体，将WC颗粒熔渗于中镍基合金中，形成颗粒增强金属基复合材料。在磨损过程中，当表层的合金磨损后，增强颗粒WC暴露出来，它的高弹性模量、高显微硬度、高抗拉强度，以及与合金材料较好的韧性，使复合层具有较好耐磨性以及抗冲击磨损的性质。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种增强磨辊在有冲击和载荷下的耐磨性，使其硬度和韧性均高于高铬铸铁铸造和合金焊丝堆焊的碳化钨颗粒增强金属基复合材料耐磨磨辊，这种磨辊主要用于电力，水泥等行业的中速磨机上。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：该耐磨磨辊由母体(1)、复合层(2)和外钢圈(3)三部分组成，复合层(2)由镍基合金和铸造WC颗粒烧结而成，其中镍基合金粉的组成，质量百分比C:0.7～0.8％，Si：3.5～4.5％，B：2.8～3.6％，Cr：11～14％，Fe：35～40％，其余为Ni，镍基合金粉的粒度在105～140微米之间，碳化钨的粒度按体积百分比1～1.5mm:30～40％，0.5～1mm：25～35％，0.3～0.5mm：25～35％；所述镍基合金与铸造WC颗粒的体积比为2～3：1。

所述复合层(2)厚度为5～6mm。

本发明解决的另一个技术问题是，提供一种制备该磨辊的制备方法，它包括以下步骤：

步骤1：铸造普通碳钢的磨辊毛坯，机械加工后，得到母体(1)，对母体(1)表面前期处理；

步骤2：用普通碳钢卷制成外钢圈(3)，将外钢圈(3)焊接在母体(1)上，得到空腔(2)；

步骤3：将体积比为2～3：1镍基合金粉和铸造WC混合并球磨，然后注入到步骤2的空腔(2)内，并将其夯实，用钢板(4)焊接成封闭体；

其中：镍基合金粉的组成，质量百分比C:0.7～0.8％，Si：3.5～4.5％，B：2.8～3.6％，Cr：11～14％，Fe：35～40％，其余为Ni，镍基合金粉的粒度在105～140微米之间，碳化钨的粒度按体积百分比1～1.5mm:30～40％；0.5～1mm：25～35％；0.3～0.5mm：25～35％。

步骤4：将整个磨辊倾斜一定角度，使磨辊一个侧面处于水平位置，与感应器(6)平行，在抽真空(5)状态下，磨辊绕轴(7)以90～100mm/min速度旋转，同时感应加热；绕轴(7)旋转一周后，停止加热和旋转，冷却至室温，即得到复合磨辊。

步骤1采用钢球对母体(1)表面进行喷丸前期处理。

步骤2空腔(2)厚度为5～6mm。

步骤4抽真空(5)到2～5×10^-1Pa。

步骤4采用板式感应加热器(6)。