专利名称：改进型耐磨表面成形方法和制品的制作方法
技术领域：
本发明涉及在粉碎处理中直接受碰撞的硬质金属表面，例如在用于对颗粒状物料进行压力粉碎的设备中使用的研磨辊的表面。根据本发明，小间距间隔开的单独磨耗板 (wear plate)，即岛状部，直接粘附在这种表面上生成硬质表面，而在该表面上不使用凹痕 (indentation)或类似结构。该磨耗板由高度耐磨损(abrasion resistant)的材料制成， 这种高度耐磨损材料具有比金属表面更强的耐磨损性。通常，这种磨耗板与金属表面的构造材料差别显著，普通的焊接材料与金属基底和磨耗板均不能形成牢固的结合(例如通过扩散结合)。耐磨板被放置在硬质金属表面上，彼此间隔短距离，并使用焊接合金将耐磨板固定(锚固)在该金属表面上，焊接合金还填入了在任意的两个相邻的板之间的至少一些间隙中。这些焊接金属与金属表面形成了牢固的结合，并且还相对于磨耗板放置以机械地锚固磨耗板并从而形成独特的耐磨制品。该耐磨制品可被用于例如研磨压辊、竖直碾磨辊、 研磨台和类似制品。
背景技术：
与包括带镶嵌(或另外安装在其表面上的)的金属基底、耐磨嵌件(例如磨耗板) 的耐磨表面相关的最普遍的问题之一是，对于例如辊磨机的操作者等用户来说，要修复受损耐磨表面的难度大，如果不是不可能的话。而且，这样的表面的普通的制造方法例如在金属基底上提供孔(bore)或其他的保持凹痕等是成本很高的。其它需要使用高温高压处理的方法也很成本很高，并且需要使用专用设备。例如通过堆焊(weld deposition)制作的耐磨表面可能能够现场修复。但是由于对可用于形成表面的合金的限制，当与在表面上添加高耐磨材料的板或插件技术相比，它们的耐磨性和它们的敷涂厚度非常低。用于金属基底表面硬化的各种的技术包括例如在美国专利5，704，561 ； 5，755，033 ；5，902，685 ；6，523，767B1 中示教的那些。美国专利5，755，033的处理消除了提供用于在基底表面中固定例如凹痕和/或孔，耐磨材料的机构的需求。但是，由于该处理需要使用专门的复合材料以及均勻模压 (isotatic pressing)处理以形成耐磨表面，该处理很昂贵。而且，由于制作耐磨表面使用的是复合物，对辊的损坏不易修复。而且用于间隔和用于耐磨区域的材料需要由具有扩散特征的材料组合而成，使得它们可在处理中被结合在一起。在耐磨辊压情况下，使耐磨表面具有能够将要被碾压的物料推入辊中的外形 (profile)也是可期望的特性。当被用在辊压处理时，本发明可以形成的这样的外形。本发明提供了相对便宜的方法，用于制造具有耐磨表面的制品。修复受损表面也相对容易。
发明内容
前述的问题可通过形成焊接结合将多个耐磨板与合金和金属表面锚固来改善，焊接结合在此被定义成通过焊接、溢流焊接(flood welding)、焊接覆层(weld cladding)、扩散结合、钎焊或类似技术形成结合。结合材料还填入由单独的耐磨板(岛状部)形成的例如间隙的各个凹陷部(valley)的至少一部分，并被定位成通过物理结合而非任何显著的扩散力来将板锚固在适当的位置处。当用于双辊压制时，焊接材料的高度应略低于岛状部表面，以提供适于将待粉碎的物料拉入辊隙(nip)的表面外形。这种外形可在制造的时候形成，或可基于磨耗板与结合并填充板间间隔的焊缝的耐磨性差异通过制品的使用被提供。每个磨耗板仅覆盖金属表面的总表面面积的一小部分，但是结合起来在待处理制品上被所有磨耗板覆盖的总表面面积可在基于该金属表面的总表面面积的约70%至约 90%面积范围内。该磨耗板可由具有比所覆盖的金属表面更优良的磨损性质的任意普通的耐磨材料制成，并且由于本发明的独特的特征，该磨耗板可比在此前所使用的板具有更广泛的种类。该磨耗板大体上具有任意的基本平坦的形状。它们可以是平坦的或具有曲率，以适合例如压辊的曲率。它们可由例如通过铸造、锻造、烧结或类似处理制成的任何硬质耐磨损材料构成。它们可由金属或陶瓷材料或它们的组合物制成。当在冲压辊中使用时，磨耗板厚度的范围优选地在约Icm至约10cm。磨耗板被直接锚固到进行例如在粉碎处理中使用的辊的磨耗处理制品的表面，或锚固到被布置到这样的制品表面的金属衬垫。由于衬垫具有能比要求延展性和可焊性的下面的基底材料更硬和更脆的优点。使用衬垫可降低报废和更换材料的量。例如，衬里通常被用在压辊设备上。将尤其地参照在辊磨机中使用的研磨辊上形成耐磨表面来解释本发明。在这些辊磨机中，例如水泥熔渣等的颗粒状脆性研磨原料被拖入由两个以转动的方式安装的、相反地转动的彼此分离的辊柱形成的辊隙，并且在辊转动期间在辊之间被碾碎。这些设备和处理在本领域中是公知的，并且在例如第5，755，033号美国专利中有所描述，在此特地结合该专利所教导的内容作为参考。
图1示出了制造压辊的一个实施例，示出了使用焊接技术施加耐磨板；图2示出了在磨耗板直接锚固到金属辊柱表面上之后的压辊的轴测图，数字标注的部件与图1描绘的相同；图3是图2中辊的正面剖视图，其中一个磨耗板在分解图中示出，其中该磨耗板被提供为截头形状，以提供与金属表面的更好的锚固；图4是可被用在本发明实践中的多种磨耗板结构的平面视图；图4A是沿图4线A-A截取的视图，示出可用在本发明的实践中的多种竖直横截面结构；图5示出了图1中的使用了大体扁平的磨耗板的辊体的侧面截面图；图6示出了图1中的辊体的另一侧面截面图，其中磨耗板呈弯曲状并且其弯曲度基本匹配辊体的弯曲度；图7示出了本发明的另一个实施例，其中磨耗板被锚固在辊压体的上弯曲表面上以及压辊压体侧面的一部分上；图8示出了本发明中使用的磨耗板的另一个设计。
具体实施例方式使用图1示出本发明的一个实施例，提供了压辊10。该压辊包括圆柱状的基础辊体11，在其上两侧都提供有同轴布置的轴颈(journal) 12。通过将多个磨耗板13锚固在基础辊体11表面的外周面上而形成耐磨表面13。磨耗板(岛状部)14的耐磨性高于基础辊体11表面，并通过将磨耗板锚固到辊体并填入磨耗板之间的间隙15的焊接材料15的作用被锚固到该辊体表面。这样的压辊的金属基底通常由锻造合金钢或类似材料制成。耐磨板14形成的联锁拼合(interlocking patchwork)图案包括磨耗板和金属表面的交替区域，在所述金属表面的至少一部分上具有一些焊接材料，并且其被放置成与磨耗板物理地相互作用，并用于将磨耗板物理地锚固到金属表面上。磨耗板的形状、磨耗板与相邻金属表面的相对尺寸和由磨耗板与相邻金属表面的组合所形成的图案可以以任何适宜的方式变化，例如图1和图4所示的。图4A描述了图4中所示的板的竖直横截面形状， 其中图4和图4A所示的板的形状仅为示范性描述。当在例如压辊的弧形制品上使用时，随着磨耗板的长度相对于被处理制品的直径增加，将会出现一种状况，在该状况时该段采用被处理制品的曲率是更有优势的。然而通常，该段的长度相对于被处理制品的直径足够小， 使得这样的单个磨耗板可以大体平坦，而不影响耐磨表面的质量。显然地，弧形的磨耗板可在基于本发明的专业人员的优选的情况下使用。在图5和图6中示出了在具有大体上直径相同的辊上使用平坦状(图5)和弯曲状(图6)的磨耗件。正如所指示的，较大的磨耗板至少在它们的底部优选地为弯曲的，以更接近地匹配辊表面的曲率。磨耗板由耐磨性比它们所附连到的金属基底更高的硬质耐磨损材料制成。它们可通过铸造、锻造、烧结或任意类似的处理制成。磨耗板的构造材料可以是硬质金属、陶瓷或这样的材料的组合。在辊柱的宽度上，磨耗板的耐磨性和这种板的使用程度可以不同，以调节在该表面上的磨损操作差异。例如，一般的压辊表面上的磨损通常在辊的中心处较大而在辊的边缘处较小。可沿辊的宽度使用具有不同的耐磨损性的磨耗板，以均衡磨损轮廓，并使得直径保持更加一致，这样做将改善研磨的效率。可用于制造磨耗板的特定材料包括例如包括碳化钛、碳化钨和/或碳化铬的金属和/或金属陶瓷、耐磨损性质比被处理制品的金属表面更好的硬质金属材料和类似材料。该处理提供了一种新颖的制品，其具有通过其它的公知处理生产的耐磨损表面的所有优点，而此外可容易地在现场修复被损坏或磨损的磨耗板。这些板通过被施加到至少一些金属表面的焊接材料基体而被锚固到例如冲压辊体的粉碎装置的金属表面上。优选地没有焊接材料被施加到单个磨耗板的磨损表面上。 焊接材料由例如通过扩散结合与被处理制品的金属表面结合的合金构成，并在施加后固化。焊接材料可使用不同的手段来施加。例如可使用本领域公知的焊接处理，诸如焊接喷雾(weld spraying)、金属喷镀、扩散结合、粉末金属喷镀、热喷涂、电弧喷镀、等离子喷镀、 HVOF、火焰喷镀、溢流焊接(flood welding)和类似处理。HVOF是指称为高速氧燃料热喷涂的热喷涂处理。在该处理中，例如氢气0 )和氧气(0 的燃料混合物被燃烧并通过喷嘴加速到高达约每秒7200英尺的超声波速度。粉末涂敷源材料(例如施加到钴或钴铬基体中的碳化钨颗粒)被喷射到火焰中。这些颗粒被加速到超声波速度(约每秒3300-3900英尺)到达基底。该板通过焊接材料冷却同时焊接材料形成与金属基底的紧密结合而形成的机械装置被锚固。一种优选的焊接方法是在本领域中公知的“溢流焊接”。这在图1中进行了示意性的说明。例如由碳化钛硬质合金(cemented titanium carbide)制成的磨耗板例如通过使用诸如硅树脂(silicone)的粘合剂临时附连到压辊体的外周上。在这点上，粘合剂应该仅在磨耗板的下表面正下方接触金属表面，而非位于在磨耗板之间其上将施加焊接材料的金属表面。压辊沿其轴线以水平位置放置在装置中，允许沿轴的轴线转动。溢流焊接装置16 如图1所示的那样被定位在辊的顶端(apex)处，并且熔化的焊接材料被放置到辊上且在所粘合的磨耗板之间的间隙中。辊体和插件优选地被预先加热到约350摄氏度至约500摄氏度的温度。溢流焊接装置在辊的顶端表面上被前后移动以使熔融焊接材料堆积。这可以自动地或者在人类操作者的控制下进行。辊被转动，使得焊接区域被置于弯曲表面的顶端处。 可采用本领域熟知的大直径涂层电焊条或药芯焊丝。在辊上形成有焊接金属熔池(puddle) 并且移动电焊条或焊丝以填入例如磨耗板之间凹处的间隙。焊渣滑移(roll off)并凝固以在固化期间在热的液态焊接金属上方产生保护壳。焊接处理在辊的表面上持续进行，该辊则以足够慢的速度转动，使磨耗板被锚接到辊的表面。辊体缓慢转动以保持焊接位置在平焊位置，并且保持液态焊接金属处于水平位置。当焊接材料固化时，优选地在其锻造温度下，对焊缝和磨耗板浅表面进行敲击 (peening)。敲击是机械地作用于金属表面的处理以降低由焊接引起的各种应力。可采用喷丸硬化处理(shot peening)、锤击硬化处理(hammer peening)、激光喷丸(laser peening) 或类似的处理。敲击降低了焊接中形成的应力并减少了随后的裂纹。优选地还执行了后焊接热处理。这可在窑炉中进行或者利用陶瓷热覆盖层来进行。这种热处理被用于控制冷却速率，以降低应力并对焊接材料进行回火。所使用的适当温度将取决于被用于构成金属基底的确切材料、磨耗板和用于锚固这些磨耗板的焊接合金。如图4所说明的，耐磨板的形状可以是方形、矩形、椭圆形、菱形或其它多边形。它们优选地被布置成，与用于将它们牢固地锚固到金属基底的焊接材料基体相比，使磨耗板的表面面积最大化。这些板通常占用从约70%到约90%的耐磨表面的表面面积。这种焊接应该以足够的量存在以将板牢固地锚固到金属基底以形成保护。磨耗板的尺寸将取决于进行磨损处理的制品的大小。磨耗板中的每一个将具有外露的表面区域，面积为约6cm2至约60cm2。优选地，板具有约20cm2到约30cm2的外露表面面积。从侧视图中看到的金属磨耗板的形状应典型地通过利用固化的焊接材料来覆盖板的基部的至少一部分，使得与例如压辊体表面的金属基底表面结合的焊缝将板机械地保持在适当位置。典型地，磨耗板的适宜形状是板的基部(即与金属基底相邻的部分)具有比金属板平行于基部的至少一个其它横截面切片更大的水平横截面面积。例如如图3所示， 磨耗板14是截头棱锥体。也可使用截头圆锥体、截头多面棱体和其它类似形状。在竖直横截面中基本上成内凹的结构也将是适宜的。在图8中示出的是所使用的板的形状的另一种示例，在该示例中，板所形成的形状为两个同心的椭圆或圆形部分，其形成上部体Ha和下部体(基部)14b，其中所述下部体具有比上部体更大的直径，以便形成唇缘(lip)。该基部靠在金属基底上，且通过被焊接材料至少部分覆盖，该唇缘为金属板提供了额外的锚固，其中焊接材料也与金属表面结合。图7中示出了压辊的另一个实施例。在该实施例中，磨耗板14也沿辊体11的侧面使用在此前描述的相同的处理被锚固，以降低侧面的与破碎机颊板接触形成的磨损，破碎机颊板是指被保持成与辊体11的侧面紧密邻近的磨损衬里，用于限制材料从压碎区域的侧面泄漏。应该理解的是所示出的本发明的形式仅仅是优选的实施例。在部件的功能和布置上可能造成各种变化；等效的装置可取代那些所示出和描述的装置；并且特定特征可独立于其它的特征使用而不背离例如在随附的权利要求书中限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种生产耐磨制品的方法，该耐磨制品包括在基本平坦的金属表面上的耐磨层，所述方法包括a.将多个间隔开的磨耗板施加到所述金属表面，从而形成磨耗板和在磨耗板之间的金属表面的交替图案，所述磨耗板的构成材料的耐磨性高于所述金属表面，且不与适于焊接到所述金属表面的焊接材料形成实质性结合；以及b.利用熔融的金属焊接材料锚固该磨耗板，在凝固后所述材料与所述金属表面形成焊接结合且与所述磨耗板形成机械结合，从而将所述磨耗板附连到所述金属表面上。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述焊接结合是扩散结合。
3.如权利要求2所述的方法，其中通过溢流焊接处理施加所述焊接结合。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述金属表面和所述磨耗板在所述溢流焊接处理之前，被预加热到约350摄氏度至约500摄氏度的温度。
5.如权利要求1所述的方法，其中在所述耐磨制品上进行后焊接热处理。
6.如权利要求1所述的方法，其中通过高速氧燃料热喷涂处理施加所述焊接结合。
7.—种适于在粉碎处理中使用的制品，包括金属表面，在该金属表面上设置有多个间隔开的磨耗板，(i)所述磨耗板的构成材料的耐磨性高于所述金属表面，且(ii)所述磨耗板的构成材料不与适于焊接到所述金属表面的焊接材料形成实质性结合；所述磨耗板覆盖所述表面一部分，并且通过焊接材料锚固到所述表面的一部分上，所述焊接材料通过焊接结合附连到至少一些未被所述磨耗板覆盖的所述表面上并与所述磨耗板机械结合。
8.如权利要求7所述的制品，其中所述金属表面呈弯曲状，并且至少一些所述磨耗板的曲率与所述金属表面的曲率相匹配。
9.如权利要求7所述的制品，其中所述磨耗板包括金属或金属陶瓷，该金属陶瓷包括碳化钛、碳化钨和/或碳化铬。
10.如权利要求7所述的制品，其中所述磨耗板的形状选自截头棱锥体、截头圆锥体和截头多面棱体。
11.如权利要求7所述的制品，其中所述磨耗板占据所述金属表面的70%至90%的表面面积。
全文摘要
提供了一种生产耐磨制品的方法，该耐磨制品包括在基本平坦的金属表面上的耐磨层，该方法包括以下步骤将多个间隔开的磨耗板施加到所述金属表面，从而形成磨耗板和在磨耗板之间的金属表面的交替图案，所述磨耗板的构成材料的耐磨性高于所述金属表面，且不与适于焊接到所述金属表面的焊接材料形成牢固的结合；以及将该磨耗板与熔融的金属焊接材料锚固，在凝固后所述材料与所述金属表面形成焊接结合且与所述磨耗板形成机械结合，从而将所述磨耗板附连到所述金属表面上。
文档编号B02C1/10GK102316990SQ200980156461
公开日2012年1月11日 申请日期2009年11月18日 优先权日2008年12月11日
发明者D.R.尚茨 申请人:Fl史密斯公司