硬质合金复合辊环及其制作方法与流程

本发明涉及金属加工技术领域，特别涉及一种硬质合金复合辊环及其制作方法。

背景技术：

轧辊是冶金和机械加工行业中一种常用的设备零部件，也是一种易损耗的工业材料，硬质合金辊环相较于传统的其它材质的辊环，具有硬度高、抗压强度大、耐磨性好、耐腐蚀性好、摩擦系数小、热传导率低、使用寿命长、轧制的产品精度高、质量好等优点，常用于高线轧制，但同时硬质合金辊环重量大、加工难度大、废品率高、合金资源浪费大、价格高、抗冲击和抗震性能差，在受到较高的轧制速度、轧制压力及热冲击负荷的情况下，易产生裂纹并迅速扩展，造成表面剥落和碎辊现象的发生。

为了降低硬质合金辊环的价格、提高硬质合金辊环的可加工性及抗冲击性能，业内目前普遍使用硬质合金复合辊环，即外层采用硬质合金，内层采用韧性较好的高强度钢，内外层之间采用粘结剂粘合而成，可以大量节约硬质合金的使用量，从而降低生产成本。

但是，目前的硬质合金复合辊环中，外层的硬质合金与内层的高强度钢之间，通常存在结合强度低的问题。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于提供一种硬质合金复合辊环及其制作方法，以解决现有的硬质合金复合辊环结合低的问题。

根据本发明的实施例的第一方面，提供了一种硬质合金复合辊环，包括：对称设置的两个钢内套以及套设于所述两个钢内套外部的硬质合金外套；

所述钢内套包括底座部，以及设置于所述底座部上的凸起部，所述底座部和所述凸起部一体成型，所述底座部和所述凸起部分别呈中空圆柱状，所述底座部和所述凸起部同轴且内径相等，所述底座部的外径大于所述凸起部的外径；

所述硬质合金外套呈中空圆柱状，所述硬质合金外套的内径大于所述凸起部的外径，所述硬质合金外套的轴向宽度小于所述两个钢内套中两个凸起部的轴向宽度之和，所述硬质合金外套的外径与所述底座部的外径相等；

所述两个钢内套中的两个所述凸起部的端面相接触，所述硬质合金外套套设于所述凸起部的外部；

所述硬质合金外套与所述两个钢内套之间的缝隙中填充有结合层，所述钢内套的端面设置有与所述缝隙相连通的灌料孔。

所述硬质合金外套的径向厚度为20mm～30mm。

所述底座部的径向厚度为10mm～30mm，所述凸起部的径向厚度为10mm～20mm。

所述结合层在所述硬质合金外套的径向上的厚度为0.5mm～1mm，所述结合层在所述硬质合金外套的轴向上的厚度为0.5mm～1mm。

所述结合层的材料为锌铜粉。

根据本发明的实施例的第二方面，提供了一种硬质合金复合辊环组，由数个上述硬质合金复合辊环，沿所述硬质合金外套的轴向方向堆叠而成，相邻的两个钢内套一体成型。

根据本发明的实施例的第三方面，提供了一种上述硬质合金复合辊环的制作方法，包括如下步骤：

根据预设尺寸，加工出两个钢内套以及所述硬质合金外套，并将所述两个钢内套与所述硬质合金外套装配；

通过灌料孔，向所述两个钢内套和所述硬质合金外套之间的缝隙中灌注粘结料以形成结合层，得到组合坯料；

在真空环境下，将所述组合坯料加热到预设温度；

在所述预设温度下，对所述两个钢内套的端面施加压力，所述压力朝向所述硬质合金外套的轴向方向；

保温预设时间后，将所述组合坯料冷却至10℃～35℃，得到所述硬质合金复合辊环。

所述在真空环境下，将所述组合坯料加热到预设温度的步骤中，所述预设温度比所述粘结料的熔点温度高50℃～100℃。

所述在预设温度下，对所述两个钢内套的端面施加压力，所述压力朝向所述硬质合金外套的方向的步骤中，所述压力逐渐增大，所述压力的范围为50N/mm²～500N/mm²。

所述保温预设时间后，将所述组合坯料冷却至10℃～35℃，得到所述硬质合金复合辊环的步骤中，所述预设时间为30min～2h。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的硬质合金复合辊环及其制作方法，硬质合金复合辊环包括：对称设置的两个钢内套以及套设于两个钢内套外部的硬质合金外套；钢内套包括底座部，以及设置于底座部上的凸起部，底座部和凸起部一体成型，底座部和凸起部分别呈中空圆柱状，底座部和凸起部同轴且内径相等，底座部的外径大于凸起部的外径；硬质合金外套呈中空圆柱状，硬质合金外套的内径大于凸起部的外径，硬质合金外套的轴向宽度小于两个钢内套中两个凸起部的轴向宽度之和，硬质合金外套的外径与底座部的外径相等；两个钢内套中的两个凸起部的端面相接触，硬质合金外套套设于凸起部的外部；硬质合金外套与两个钢内套之间的缝隙中填充有结合层，钢内套的端面设置有与缝隙相连通的灌料孔；通过对钢内套以及硬质合金外套的结构设计，并在钢内套以及硬质合金外套的缝隙中填充结合层，显著增强了钢内套与硬质合金外套之间的结合强度，同时可起到传力、减震的作用；此外，还可将多个硬质合金复合辊环组合粘结在一起，最大限度地节约硬质合金材料，从而使成本大幅度降低；硬质合金复合辊环的制作方法包括：根据预设尺寸，加工出两个钢内套以及硬质合金外套，并将两个钢内套与硬质合金外套装配；通过灌料孔，向两个钢内套和硬质合金外套之间的缝隙中灌注粘结料以形成结合层，得到组合坯料；在真空环境下，将组合坯料加热到预设温度；在预设温度下，对两个钢内套的端面施加压力，压力朝向硬质合金外套的轴向方向；保温预设时间后，将组合坯料冷却至10℃～35℃，得到硬质合金复合辊环；该方法通过将组合坯料加热到预设温度，使粘结料熔化形成熔池，钢内套以及硬质合金外套的不同金属间相互溶解渗透，在对两个钢内套的端面施加压力时，溶池空间被压缩，使结合层的粘结料均匀填满所有的间隙，此外，由于是真空环境，避免了氧化现象的产生，使钢内套以及硬质合金外套的不同金属层能纯净地扩散、结合，从而显著增强了钢内套与硬质合金外套之间的结合强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的硬质合金复合辊环的剖视图；

图2为本发明实施例提供的硬质合金复合辊环的结构分解示意图；

图3为本发明实施例提供的硬质合金复合辊环组的剖视图；

图4为本发明实施例提供的硬质合金复合辊环的制作方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的硬质合金复合辊环的制作过程的示意图。

图中，1-下压头；2-上压头；3-加热器；4-真空炉体；5-传力杆；6-机架；7-液压系统；8-组合坯料；9-真空系统；10-钢内套；20-硬质合金外套；30-结合层；90-灌料孔；91-底座部；92-凸起部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图2，根据本发明实施例的第一方面，提供一种硬质合金复合辊环，包括：对称设置的两个钢内套10以及套设于两个钢内套10外部的硬质合金外套20。

其中，钢内套10包括底座部91，以及设置于底座部91上的凸起部92，底座部91和凸起部92一体成型，底座部91和凸起部92分别呈中空圆柱状，底座部91和凸起部92同轴且内径相等，底座部91的外径大于凸起部92的外径。

硬质合金外套20呈中空圆柱状，硬质合金外套20的内径大于凸起部92的外径，硬质合金外套20的轴向宽度小于两个钢内套10中两个凸起部92的轴向宽度之和，硬质合金外套20的外径与底座部91的外径相等。

两个钢内套10中的两个凸起部92的端面相接触，硬质合金外套20套设于凸起部92的外部。将钢内套10做成两个，可方便装配和加工。

硬质合金外套20与两个钢内套10之间的缝隙中填充有结合层30，两个钢内套10中，至少一个钢内套10的端面设置有与缝隙相连通的灌料孔90，灌料孔90便于结合层30的料的粘结料的添加。

底座部91和凸起部92的内径可以根据硬质合金复合辊环的用途，进行相应的尺寸设计，如120mm、300mm等。

优选地，硬质合金外套20的径向厚度为20mm～30mm，且不少于预设的轧辊磨耗量。轧槽是轧制钢筋时与钢筋接触的部分，也即主要磨损的工作部分。硬质合金外套20的宽度大于轧槽的宽度，目的是使硬质合金硬度高、耐磨，使得轧制的钢筋具有较好的外观。

优选地，底座部91的径向厚度为10mm～30mm，凸起部92的径向厚度为10mm～20mm。

优选地，结合层30在硬质合金外套20的径向上的厚度为0.5mm～1mm，结合层30在硬质合金外套20的轴向上的厚度为0.5mm～1mm。

优选地，结合层30的材料为锌铜粉。锌铜粉可以采用H65，H68，H70，H75等牌号。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的硬质合金复合辊环，包括：对称设置的两个钢内套10以及套设于两个钢内套10外部的硬质合金外套20。钢内套10包括底座部91，以及设置于底座部91上的凸起部92，底座部91和凸起部92一体成型，底座部91和凸起部92分别呈中空圆柱状，底座部91和凸起部92同轴且内径相等，底座部91的外径大于凸起部92的外径。硬质合金外套20呈中空圆柱状，硬质合金外套20的内径大于凸起部92的外径，硬质合金外套20的轴向宽度小于两个钢内套10中两个凸起部92的轴向宽度之和，硬质合金外套20的外径与底座部91的外径相等。两个钢内套10中的两个凸起部92的端面相接触，硬质合金外套20套设于凸起部92的外部。硬质合金外套20与两个钢内套10之间的缝隙中填充有结合层30，两个钢内套10中，至少一个钢内套10的端面设置有与缝隙相连通的灌料孔90；通过设置钢内套10以及硬质合金外套20并在装配时将两个钢内套10相对设置，硬质合金外套20套设于两个钢内套10外部，硬质合金外套20与两个钢内套10之间的缝隙中填充有结合层30，将两个钢内套10和硬质合金外套20结合在一起，通过对钢内套10以及硬质合金外套20的结构设计，并在钢内套10以及硬质合金外套20的缝隙中填充结合层30，显著增强了钢内套10与硬质合金外套20之间的结合强度，同时可起到传力、减震的作用。

请参阅图3，根据本发明实施例的第二方面，提供一种硬质合金复合辊环组，由数个上述硬质合金复合辊环，沿硬质合金外套20的轴向方向堆叠而成，相邻的两个钢内套10一体成型。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的硬质合金复合辊环组，由数个上述硬质合金复合辊环，沿硬质合金外套20的轴向方向堆叠而成，在保证钢内套10与硬质合金外套20之间具有较高的结合强度的同时，最大限度的节约硬质合金材料，从而使成本大幅度降低。

请参阅图4至图5，根据本发明实施例的第三方面，提供一种上述硬质合金复合辊环的制作方法，包括如下步骤：

步骤S1、根据预设尺寸，加工出两个钢内套10以及硬质合金外套20，并将两个钢内套10与硬质合金外套20装配。

具体地，步骤S1中，将硬质合金外套20的内表面及两端面用机械或化学方法清洗、除油，将钢内套10用机械加工成所需的形状、尺寸并清洗干净。其中，机械方法包括车、磨等传统的加工方法，化学方法包括指酸洗、除油等方法。

步骤S2、通过灌料孔90，向两个钢内套10和硬质合金外套20之间的缝隙中灌注粘结料以形成结合层30，得到组合坯料8，之后需要对组合坯料8进行真空热扩散结合工艺。

步骤S3、在真空环境下，将组合坯料8加热到预设温度。

如图3所示，可将组合坯料8放入真空炉体4中，并使用真空系统9抽真空后通过加热器3加热。

优选地，步骤S3中，预设温度比粘结料的熔点温度高50℃～100℃。

步骤S4、在预设温度下，对两个钢内套10的端面施加压力，压力朝向硬质合金外套20的轴向方向。

如图3所示，可将组合坯料8置于上压头2和下压头1之间，并通过机架6下方的液压系统7，经由传力杆5，对两个钢内套10的端面施加压力。

优选地，步骤S4中，压力逐渐增大，压力的范围为50N/mm2～500N/mm2。

步骤S5、保温预设时间后，将组合坯料冷却至10℃～35℃，得到硬质合金复合辊环。

优选地，步骤S5中，预设时间为30min～2h。

由以上技术方案可知，本发明实施例提供的硬质合金复合辊环的制作方法，首先根据预设尺寸，加工出两个钢内套10以及硬质合金外套20，并将两个钢内套10与硬质合金外套20装配，然后通过灌料孔90，向两个钢内套10和硬质合金外套20之间的缝隙中灌注粘结料以形成结合层30，得到组合坯料8，之后在真空环境下，将组合坯料8加热到预设温度，在预设温度下，对两个钢内套10的端面施加压力，压力朝向硬质合金外套20的方向，最后保温预设时间后，将组合坯料冷却至10℃～35℃，得到硬质合金复合辊环；通过将组合坯料加热到预设温度，使粘结料熔化形成熔池，钢内套10以及硬质合金外套20的不同金属间相互溶解渗透，在对两个钢内套10的端面施加压力时，溶池空间被压缩，使结合层30的粘结料均匀填满所有的间隙，此外，由于是真空环境，避免了氧化现象的产生，使钢内套10以及硬质合金外套20的不同金属层能纯净地扩散、结合，从而显著增强了钢内套10与硬质合金外套20之间的结合强度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。