制备轧机用辊环的方法及使用该方法制备的辊环的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及乳机设备的制备领域，尤其涉及一种制备乳机用的辊环的方法。
【背景技术】
[0002]辊环是线材和棒材乳机乳制线材和棒材的关键部件。在乳制过程中，辊环表面需要承受较高的温度和较大压力，因此，为降低辊环在生产中的消耗，不仅要求辊环需具备良好的抗断裂性能，辊环表面也需具备良好的红硬性、耐磨性和高硬度。随着乳制速度的提高，辊环的工作环境更为恶劣，对辊环的性能要求也相应提高，即要求辊环在高温环境下具有较高的耐磨性、硬度、韧性及强度。由此可见，$昆环性能的高低直接影响着乳机乳制线材和棒材时的乳制质量和生产效率。
[0003]目前，广泛用的辊环主要是采用硬质合金或高速钢制成的。其中，采用粉末冶金方法制备得到的硬质合金辊环具有硬度高和耐磨性好的特点，但是该种辊环的制备成本高且脆性大，在使用过程中，会出现剥落现象，影响乳制质量。采用离心铸造方法制备的高速钢辊环，由于制备工艺简单，设备投资少，因此制备成本低，但是由于合金元素以及相应的碳化物密度的差异较大，在离心铸造时，会产生严重的偏析，导致制备得到高速钢辊环的耐磨性较低，在使用过程中，消耗量大，影响乳制效率及乳制成本。由此可见，现有的辊环要么制备成本高且脆性大，影响乳制质量;要么耐磨性低，影响乳制效率及乳制成本。
【发明内容】
[0004]为提高线材和棒材乳机的乳制质量及乳制效率，降低乳制成本，本发明提出一种制备乳机用辊环的方法，该方法包括如下步骤:
[0005]步骤1、制备辊环基体和辊环包套
[0006]所述辊环基体为环形柱体；
[0007]所述辊环包套包括环柱形筒体，该环柱形筒体的内侧壁的外径等于所述辊环基体的内径，该环柱形筒体的外侧壁的内径大于所述辊环基体的外径，且所述外侧壁的内壁上设置有乳槽凸环，该乳槽凸环的设置位置与所述辊环上的乳槽位置相对应;所述环柱形筒体的下端口配设有封闭所述下端口的下环形盖板，所述环柱形筒体的上端口配设有封闭所述上端口的上环形盖板，且所述上环形盖板上靠近外缘处设置有与所述辊环包套的内腔连通的装粉通道，该装粉通道背离所述环柱形筒体的顶端配设有顶盖，且该顶盖上设置有抽真空孔；
[0008]步骤2、将所述辊环基体置于所述环柱形筒体内，且所述辊环基体位于所述环柱形筒体的内侧壁和外侧壁之间，且所述装粉通道位于所述辊环包套中用于填装合金粉末的环形容纳腔的上方；
[0009]步骤3、通过所述装粉通道向所述辊环包套内填装合金粉末，在填装完成后进行振实操作，并将所述顶盖安装到所述装粉通道顶部并通过焊接密封连接；
[0010]步骤4、将内置有所述辊环基体和所述合金粉末的辊环包套置于脱气炉中抽真空并进行脱气保温；
[0011]步骤5、在脱气保温完成后，将内置有所述辊环基体和所述合金粉末的辊环包套置于热等静压炉中进行热等静压处理，使所述合金粉末在所述辊环包套内热等静压成型并与所述辊环基体扩散连接；
[0012]步骤6、采用机加工方法去除所述辊环包套得到辊环，并对所述辊环依次进行退火处理、淬火处理和回火处理。
[0013]采用该制备乳机用辊环的方法制备辊环，辊环基体位于辊环包套的环柱形筒体内，通过环柱形筒体的内侧壁对辊环基体进行固定，并使辊环基体与环柱形筒体的外侧壁之间的间距固定。这样，通过热等静压工艺制备得到的辊环上的工作层厚度均匀，进而提高了辊环的质量。在辊环包套的环柱形筒体的外侧壁的内壁上设置乳槽凸环，从而在通过热等静压工艺制备得到辊环上的工作层的同时，在工作层上与乳槽凸环的位置相对应的位置形成乳槽，制备方便，且乳槽位于工作层上，乳槽底部的硬度较高、耐磨性较好，从而可延长辊环的使用寿命。
[0014]优选地，所述辊环包套的抽真空孔处设置有抽真空管，以便于与抽真空装置连接。
[0015]优选地，所述合金粉末的化学成分及各化学成分含量的重量百分比依次为:碳2.1%?2.5%、铬4.5%?5.5%、钼1.0?2.0%、钒8.5%?11.5%、硅0.8?1.5%、锰0.2?1.0%，其余为铁。
[0016]优选地，所述辊环基体采用优质碳素结构钢制成，制作简单方便且经济。
[0017]优选地，在所述步骤4中，进行脱气保温时的保温温度为300?500°C、真空度为2X10一￥&，保持时间为2?1011。
[0018]优选地，在所述步骤5中，进行热等静压处理时的温度为1000?1200°C、压力为120?140MPa，保持时间为2?5h。
[0019]优选地，在所述步骤6中，对所述辊环进行退火处理时，退火的温度为850?900°C，保温时间为2?6h，随炉冷却。进一步地，对所述辊环进行淬火处理时，采用油淬，且淬火的温度为1000?1200°C，保温时间为0.5?2h。进一步优选地，对所述辊环进行回火处理时，回火处理的温度为400?600°C，保温时间为I?4h，采用空气冷却，并在相同工艺条件下回火2
?3次。
[0020]另外，本发明还提出一种辊环，该辊环采用上述任意一种制备方法制备得到。该辊环的抗弯强度可达3650MPa，冲击值即冲击韧度可达17J，工作层硬度可达60HRC;而采用离心铸造方法制备得到的高速钢辊环的抗弯强度为2170MPa，冲击值为9.1J，硬度为66HRC;采用粉末冶金方法制备得到的硬质合金辊环的抗弯强度为2300MPa，冲击值为2.3J，硬度可达为68HRC。由此可见，本发明提出的辊环相较于采用离心铸造方法制备得到的高速钢辊环和采用粉末冶金方法制备得到的硬质合金辊环，具备如下优点:
[0021]1、采用热等静压工艺完成粉固连接，使得辊环的工作层与辊环基体之间实现冶金结合，且工作层和辊环基体之间的界面结合良好，结合强度高；
[0022]2、由于辊环的辊环基体具有较高的韧性，辊环的工作层分布均匀且具有较高的硬度和耐磨性，使得辊环整体外刚内柔，使用寿命增加，在乳制过程中换辊次数减少，进而提高了乳制效率，降低了乳制成本。
【附图说明】
[0023]图1为采用本发明方法制备得到的辊环的主视剖视示意图；
[0024]图2为本发明方法中制备得到的辊环包套的结构示意图；
[0025]图3为图2所示测辊环包套处于使用状态时的主视剖视示意图；
[0026]图4为采用本发明方法制备得到的辊环中工作层和辊环基体界面结合的金相组织照片。
【具体实施方式】
[0027]下面，结合图1-4对本发明制备乳机用辊环的方法进行详细说明，该制备方法包括如下步骤:
[0028]步骤1、制备辊环基体和辊环包套
[0029]如图1和3所示，辊环I包括辊环基体11和工作层12，且工作层12位于辊环基体11的外侧。其中，辊环基体11为环形柱体，并优选用优质碳素结构钢即本领域人员常说的45号钢制成，45号钢具有良好的综合机械性能，且易切削加工，经济实用。环形柱体指的是横截面为环形面的柱状体。工作层12贴合并覆盖在辊环基体11的外侧壁上，且工作层12的外侧壁上设置有乳制线材或棒材用的乳槽121。
[0030]如图2和3所示，辊环包套2包括由同心的内侧壁21和外侧壁22组合形成的环柱形筒体，且内侧壁21的外径等于辊环基体11的内径，外侧壁22的内径大于待制备的辊环的外径。环柱形筒体指的是由两个同心圆筒组合形成的筒体，且两个同心圆筒之间为中空的腔体。在外侧壁22的内壁上设置有乳槽凸环221，且该乳槽凸环221的设置位置与待制备的辊环上的乳槽121的位置相对应，从而在辊环的工作层12上形成乳槽121。在环柱形筒体的下端口配置有下环形盖板23，用以封闭环柱形筒体的下端口。在环柱形筒体的上端口配置有上环形盖板24，用以封闭环柱形筒体的上端口。上环形盖板24上靠近该上环形盖板24的外缘处安装有与辊环包套2的内腔连通的装粉通道25，以向辊环包套内填装制备辊环用的合金粉末，并在装粉通道25背离环柱形筒体的顶端配设有顶盖26，且该顶盖26上设置有抽真空孔261，并在该抽真空孔261处连接有抽真空管(图中未示出)，以便于将抽真空装置比如真空栗和抽真空孔261连接起来，进而便于对辊环包套2实施抽真空操作。优选地，装粉通道25为圆筒结构，可直接截取一段钢管作为装粉通道25，制作简单方便。进一步优选地，在上环形盖板24上可设置多个装粉通道25，且该多个装粉通道25可呈对称设置，以便于合金粉末的填装。优选地，辊环包套2中的环柱形筒体、环形盖板以及装粉通道均采用低碳钢材料制成。
[0031]步骤2、先将步骤I中制备的辊环包套2中的内侧壁21和外侧壁22置于下环形盖板23上，且内侧壁21的下端与下环形盖板23的内缘通过焊接密封连接，外侧壁22的下端与下环形盖板23的外缘通过焊接密封连接，从而使下环形盖板23封闭环柱形筒体的下端口。然后将步骤I中制备的辊环基体11置于下端口封闭的环柱形筒体内并位于环柱形筒体的内侧壁21和外侧壁22之间，如图3所示，上环形盖板24的内缘与内侧壁21的上端通过焊接密封连接，上环形盖板24的外缘与外侧壁22的上端通过焊接密封连接，将环柱形筒体的上端口封闭，且设置在上环形盖板24上的装粉通道25位于辊环包套2中用于填装合金粉末的环形容纳腔的上方。
[0032]步骤3、通过装粉通道25向辊环包套2内填装合金粉末3，在填装完成后，将顶盖26安装到装粉通道25的顶部并通过焊接密封连接。其中，合金粉末3由碳、铬、钼、钒、硅、锰和铁七种化学成分组成，且这七种化学成分的重量百分比依次为碳2.1%?2.5%、铬4.5%?5.5%、钼1.0?2.0%、钒8.5%?11.5%、硅0.8?1.5%、锰0.2?1.0%，其余为铁。合金粉末3的粉末粒度通常为50-180μπι，并可采用公知方法制备得到。在合金粉末3填装完成后，对辊环包套2内的合金粉末3进行振实操作，从而提高辊环包套2内的合金粉末3的填装密度，减小辊环包套2在后续的热等静压处理过程中的收缩量，进而提高辊环上由合金粉末3形成的工作层12的均匀度，提高制备形成的辊环质量。
[0033]步骤4、将步骤3中制备形成的内置有辊环基体11和合金粉末3的辊环包套2通过抽真空管与抽真空装置比如抽真空栗连接后置于脱气炉中加热并抽真空，即进行脱气保温操作，且当保温温度达到300?500°C、真空度达到2 X 10—3Pa后，保持时间为2?10小时(h)。
[0034]步骤5、在脱气保温结束后，再将内置有辊环基体11