专利名称：一种高韧性仿生耐磨磨辊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在疲劳磨损和磨粒磨损工况条件下使用的高韧性磨辊的制造加工技术。
背景技术：
磨机在工作时，磨辊不但要承受磨料的磨损，还要承受一定的冲击载荷。因此，磨辊要具有较高的耐磨性、硬度和冲击韧性。磨辊质量的优劣直接影响设备的研磨效果。硬度，耐磨性和表面加工要求是磨辊最为重要的技术指标。硬度和耐磨性不合格，不可能经切削加工制成优质的磨辊。由于硬度、耐磨性与加工存在的矛盾，必须研究改进磨辊生产的全过程。材料的韧性和硬度是两个相互影响且相互制约的。材料如果想要耐磨，其硬度必须要高，这样才能有效的抵抗表面的剪切力和冲击力。但是高硬度的材料本身吸收能量的效果很差，遇到应力集中的地方高硬度的材料会产生裂纹，最终导致材料大面积的碎裂和脱落。 高韧性的材料具有较好的吸能性，但是在粉磨过程中，韧性材料在磨料磨损的工况下，抗磨损能力差，很快就被磨掉了，因此韧性材料的寿命短。解决韧性和硬度两者兼顾的问题是困扰磨辊发展的难题。
发明内容
本发明的目的是突破传统的磨辊设计方式和制造工艺，既能有效的提高磨辊表面硬度，又能兼顾磨辊表面的韧性，做到有效的吸收能量。开发出一种更为合理、行之有效的在疲劳磨损和磨料磨损工况条件下使用的一种高韧性仿生耐磨磨辊。本发明的上述目的通过以下技术方实现一种高韧性仿生耐磨磨辊，由磨辊的辊芯和钢筋框架组成，所述钢筋框架为套装在辊芯表面并由钢筋编制而成的钢筋脉络卷结构，所述钢筋脉络卷为对齐排布或错开排布的网格状形体构成，所述钢筋框架为一层或多层，每层钢筋框架通过在形体内充填焊熔耐磨合金包裹在辊芯表面，形成仿树叶状或蜻蜓翅膀状生物体软硬、强韧相间结构的工作层。所述钢筋的钢筋的材料选轧制碳钢或低合金钢，钢筋直径为5-10mm，所述网格状形体为正方形、长方形或菱形，每个形体为对齐排布或错开排布，每个网格形体的面积为 80-120平方毫米。所述填耐磨合金为常用的过共晶高铬铸铁，其成分按重量白分比C :1. 0-3. 2， Mn :0. 65，Si :0. 71，P :0. 013，S :0. 012，Cr :50-69, Mo :0. 05-0. 8，Fe 余量。所述填耐磨合金为含钒材料的耐磨合金，其成分按重量百分比C :0. 8-1. 0，Mn 0. 65，Si 0. 71，P 0. 013，S :0. 012，V :50-55, Mo :2_3，Fe 余量。所述填耐磨合金为在常用的过共晶高铬铸铁的基础上加入0. 5-2铌，组成新的合
^^ ο通过模仿生物体耐磨组织中软硬相间结构相互交替构成的原理，并参考建筑学中钢筋混凝土的设计方法。设计出新的高韧性耐磨磨辊替代原来依靠整体表面堆焊的高硬度耐磨性磨辊。采用这种方法制备的磨辊，它的辊芯外层(磨损层)与传统的表面堆焊高铬铸铁的耐磨磨辊具有相同的耐磨性，甚至在耐磨合金材料方面比传统的高铬铸铁合金成分上还有所改进，以获得更好的硬度和耐磨性。这种新型磨辊在受到剪切和冲击力的时候，高硬度可以有效的抵抗冲击力和剪切力，而这两种力产生的冲击能量则由新磨辊中的钢筋骨架吸收。钢筋具有良好韧性，它的抗拉和抗压强度非常高，在磨辊的外表面因受力而产生能量的同时，钢筋通过自身的特性将能量吸收。这样与传统堆焊磨辊相比，剪切力和冲击力产生的能量对磨损层的破坏就被大大的削弱了，因此磨辊的耐磨损能力增加，抗破坏能力增强， 磨辊的服役寿命和工作效率都远远大于表面堆焊的磨辊。大大提高了生产效率。
图1(a)带有钢筋框架结构的仿生耐磨磨辊立体图一。图1 (b)带有钢筋框架结构的仿生耐磨磨辊立体图二。图2(a)钢筋框架网格按矩形对齐排布。图2(b)钢筋框架网格按矩形错开排布。图2(c)钢筋框架网格按菱形排布。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的具体内容及其加工过程。生物经过亿万年的进化，不仅能够适应自然，而且其进化程度接近完善，他们一些奇妙的功能远远超过人类自身先前的设计，并逐渐成为解决疑难工程问题的答案。本发明通过观察自然界具有优异抗疲劳磨损的生物，发现他们有如下的特征1.它们都具有软硬相交替的结构；2.该结构中硬质单元自身可以有不同的分布形态；3.硬质单元的相对高硬度均来自其与软质单元的组成材料或组织结构差别。这种形态、结构和组成材料的有机耦合使得生物具有优异的力学性能和抗疲劳磨损功能。由此本发明提出了一种新型的高韧性磨辊。其独特的仿生物骨架理论与建筑原理有效结合，可以根据磨辊的直径大小，选择钢筋的直径，根据磨辊的耐磨层厚度，选择钢筋的编制方法与形状，不同的骨架形状有不同的特点，不同的骨架形状的吸能情况也不同，视磨辊的工作情况而定。在填充材料的选择方面，高铬铸铁合金以及在其中加入铌等耐磨材料形成新的微观组织与新的耐磨成分可以进一步提高磨辊耐磨层的使用。本发明所述的高韧性仿生耐磨磨辊是一种在疲劳磨损和磨粒磨损工况条件下使用的一种具有高强、韧性和耐磨性磨辊的制造加工技术，在普通磨辊的辊芯表面上用高强、韧钢筋制成叶脉或翅脉结构的框架，通过焊接方法在框架内填充耐磨合金，焊熔的合金将钢筋框架紧紧裹住，形成仿树叶、蜻蜓翅膀等生物体软硬、强韧相间结构的工作层(参阅图1)，用这个工作层替代原来单一耐磨合金的工作层制造磨辊。其制造过程是首先将钢筋脉络卷成卷套在辊芯上，钢筋脉络卷与辊芯的间隙小于1mm，从辊芯的一头沿顺时针方向向辊芯上焊熔耐磨合金，将辊芯、钢筋脉络卷通过焊熔耐磨合金连为一体，堆焊一层后再堆焊第二层，焊熔的耐磨合金和钢筋脉络卷表面一平后， 再套上另一层钢筋脉络卷重复前一过程，根据工作层的厚度决定添加几层钢筋脉络卷。所述的钢筋的材料可以是轧制碳钢或者是低合金钢，钢筋的直径5-10mm，钢筋脉络的网格为对齐排布或错开排布的正方形、长方形或菱形，(参阅图幻，每个网格形体的面积为80-120平方毫米。所述的填充的耐磨合金可以是常用的过共晶高铬铸铁，其成分按重量百分比 C 1.0-3.2、Cr 50-69%余量铁，或是含陶瓷材料的耐磨合金，其成分按重量百分比C 0. 8-1. 0、V50-55%余量铁，也可以是在常用的过共晶高铬铸铁的基础上加入铌0. 5_2 (按重量百分比)组成新的合金，利用这几种合金做成焊丝，使用自动焊机将耐磨的合金成分填充到辊芯与钢筋骨架之中，最终形成一个充实的高韧性的耐磨磨辊。表1过共晶高铬铸铁焊条成分
权利要求
1.一种高韧性仿生耐磨磨辊，由磨辊的辊芯和钢筋框架组成，其特正在于，所述钢筋框架为套装在辊芯表面并由钢筋编制而成的钢筋脉络卷结构，所述钢筋脉络卷为对齐排布或错开排布的网格状形体构成，所述钢筋框架为一层或多层，每层钢筋框架通过在形体内充填焊熔耐磨合金包裹在辊芯表面，形成仿树叶状或蜻蜓翅膀状生物体软硬、强韧相间结构的工作层。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性仿生耐磨磨辊，其特正在于，所述钢筋的材料选轧制碳钢或低合金钢，钢筋直径为5-10mm，所述网格状形体为正方形、长方形或菱形，每个形体为对齐排布或错开排布，每个网格形体的面积为80-120平方毫米。
3.根据权利要求1或2所述的一种高韧性仿生耐磨磨辊，其特正在于，所述填耐磨合金为常用的过共晶高铬铸铁，其成分按重量百分比=C 1. 0-3. 2,Mn :0. 65，Si :0. 71，P :0. 013， S :0. 012，Cr :50-69, Mo :0. 05-0. 8，Fe 余量。
4.根据权利要求1或2所述的一种高韧性仿生耐磨磨辊，其特正在于，所述填耐磨合金为含钒材料的耐磨合金，其成分按重量百分比=C 0. 8-1. 0,Mn :0. 65，Si :0. 71，P :0. 013， S :0. 012，V :50-55, Mo :2_3，Fe 余量。
5.根据权利要求3所述的一种高韧性仿生耐磨磨辊，其特正在于，所述填耐磨合金为在常用的过共晶高铬铸铁的基础上加入0. 5-2铌，组成新的合金。
全文摘要
本发明涉及一种高韧性仿生耐磨磨辊。由磨辊的辊芯和钢筋框架组成，所述钢筋框架为套装在辊芯表面、由钢筋编制而成的钢筋脉络卷结构，所述钢筋脉络卷为对齐排布或错开排布的网格状形体构成，所述钢筋框架为一层或多层，每层钢筋框架通过在形体内充填焊熔耐磨合金包裹在辊芯表面，形成仿树叶状或蜻蜓翅膀状生物体软硬、强韧相间结构的工作层。本发明的目的是突破传统的磨辊设计方式和制造工艺，既能有效的提高磨辊表面硬度，又能兼顾磨辊表面的韧性，做到有效的吸收能量。开发出一种更为合理、行之有效的在疲劳磨损和磨料磨损工况条件下使用的高韧性磨辊、借助于仿生理论的种高韧性仿生耐磨磨辊磨辊。
文档编号B02C15/00GK102389851SQ20111036162
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者任露泉, 周倜, 周宏 , 苗淼 申请人:吉林大学