专利名称：等离子束扫描硬化的金属轧辊的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种金属轧辊，属于机械制造领域。
金属轧辊用于金属材料的压力加工和整形，如轧制板材、形材、卷板、展平等，工作过程轧辊表面受到很大的疲劳压应力和摩擦力，热轧时还受到热疲劳应力，一旦表面遭受到磨损或疲劳破坏，则整条轧辊就需更换，浪费很大。金属轧一般由球墨铸铁、高铬镍铸铁、优质碳素结构钢、合金结构钢经铸造或锻造而成，加工成型后直接安装使用或再经表面硬化处理后安装使用，用于轧辊表面硬化的方法有铁模表层无限冷硬铸造法、激光表面淬火、表面中频淬火、电阻炉整体加热淬火、差温淬火、表面堆焊耐磨材料、表面热喷涂(包括氧乙炔喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂和超音速喷涂)耐磨耐热材料、激光熔覆合金层等。铁模无限冷硬铸造法仅用于铸铁轧辊，且铸造后表层硬度高，难于切削加工，加工成本高；激光表面淬火硬化层薄且设备投资大、维护费用高；表面中频淬火、电阻炉整体加热淬火、差温淬火方法适用于碳素结构钢及合金结构钢，但淬火硬化层耐热性差，不能用于热轧；表面堆焊耐磨材料成本高，而且也存在表面加工困难的问题；表面热喷涂前处理一般采用喷砂，有环境污染，涂层加工困难，涂层易疲劳剥落。
本实用新型的目的在于克服上述方法所制造的轧辊的不足，提出一种等离子束扫描硬化的金属轧辊。
本实用新型的构造特征是金属轧辊的外表面层为压缩氩弧等离子束流扫描处理后的＞0～5mm厚的硬化层。其加工方法是用氩气在等离子炬中电离放电产生的等离子束流在已加工成型不作任何前处理的、或者预先涂覆一层含有碳、氮、硼、硅、稀土、铝、钛、钒、铬、钼、钨、锆、铌等元素物质的涂料的金属轧辊外表面依次扫描，所用等离子炬的放电形式为转移弧式放电，即氩气在等离子炬的中心阴极和作为阳极的金属轧辊之间放电。
根据以下加工方法，可在球墨铸铁、高铬镍铸铁、优质碳素结构钢、合金结构钢经铸造或锻造并加工成型后的轧辊外表面获得两种不同的＞0～5mm厚的硬化层。
1.用压缩氩弧等离子束流在加工成型至最终尺寸后的轧辊外表面作密排螺旋状扫描，氩气的流量为每小时0.1～2立方米，等离子炬的输出功率为1～10千瓦，等离子炬喷嘴轴线与金属轧辊外表面相互垂直，喷嘴距轧辊外表面距离为2～20mm，扫描线速度为50～10000mm/分钟，扫描带为螺旋密排状的淬火硬化带，排列形成淬火硬化层。扫描后可经磨削或抛光，也可直接安装使用。
2.在金属轧辊外表面先涂一层含有碳、氮、硼、硅、稀土、铝、钛、钒、铬、钼、钨、锆、铌等元素物质的涂料，然后用压缩氩弧等离子束流在加工成型至最终尺寸后轧辊外表面作密排螺旋状扫描，氩气的流量为每小时0.1～2立方米，等离子炬的输出功率为1～10千瓦，等离子炬喷嘴轴线与金属轧辊外表面相互垂直，喷嘴距轧辊外表面距离为2～20mm，扫描线速度为50～10000mm/分钟，扫描带为螺旋密排状的多元共渗合金淬火或熔覆硬化带，排列形成多元共渗合金淬火或熔覆硬化层。扫描后可经磨削或抛光，也可直接安装使用。
用上述方法处理的金属轧辊产生以下积极效果按照上述方法1处理后，金属轧辊外表面产生厚度为＞0～5mm、硬度值为40～60HRC的硬化层，使轧辊耐磨损寿命提高。
按照上述方法2处理后，金属轧辊外表面产生厚度为＞0～5mm、硬度值为55～70HRC的硬化层，使轧辊的耐室温和高温磨损寿命明显提高，同时提高了抗表面应力疲劳和热疲劳性能。
与其他轧辊表面硬化方法相比较，本实用新型的优点为轧辊表面硬化层的深度和硬度可根据轧辊使用条件调节以提高硬化处理效率并降低成本，不破坏表面粗糙度，硬化轧辊的耐磨损和抗疲劳性能能满足各类轧辊使用要求，生产过程中无环境污染，轧辊不变形。
附
图1为本实用新型的剖面图，图中1-轧辊，2-硬化层。
本实用新型的实施例如下实施例1用压缩氩弧等离子束流在外径150mm长度2000mm的45钢平板机辊外表面作密排螺旋状扫描，氩气的流量为每小时0.5立方米，等离子炬的输出功率为2.4千瓦，等离子炬喷嘴轴线与金属轧辊外表面相互垂直，喷嘴距轧辊外表面距离为10mm，扫描线速度为6000mm/分钟，扫描带为螺旋密排状的淬火硬化带，排列形成淬火硬化层，硬化层的深度为0.2mm，表层硬度为50HRC，扫描后直接安装使用，耐磨损寿命比未处理前提高1倍，处理费用比以往所用的中频淬火低1/2。
实施例2实施例2用压缩氩弧等离子束流在外径340mm长度1000mm的高镍铬铸铁热轧平板终轧辊外表面作密排螺旋状扫描，扫描前先在轧辊外表面涂一层由10％石墨粉、5％稀土、10％脱水硼砂、60％氧化铬粉和等当量的铝粉、10％钨粉、5％钼粉组成的涂料，氩气的流量为每小时1.2立方米，等离子炬的输出功率为4千瓦，等离子炬喷嘴轴线与金属轧辊外表面相互垂直，喷嘴距轧辊外表面距离为12mm，扫描线速度为300mm/分钟，扫描带为螺旋密排状的多元共渗熔覆硬化带，排列形成合金熔覆硬化层，硬化层的深度为4mm，表层硬度为65HRC，扫描后经轻度磨削安装使用，耐磨损寿命比未处理前提高1倍。
权利要求1.一种等离子束扫描硬化的金属轧辊，其特征是在金属轧辊(1)的外表面含有用压缩氩弧等离子束流扫描处理后的＞0～5mm厚的硬化层(2)；
2.根据权利要求1所述的金属轧辊，其特征在于硬化层为压缩氩弧等离子束流扫描淬火硬化层，或者为压缩氩弧等离子束流扫描多元共渗合金淬火或熔覆硬化层。
专利摘要本实用新型涉及一种金属轧辊,其特征是在金属轧辊(1)的外表面含有用压缩氩弧等离子束流扫描处理后的>0～5mm厚的硬化层(2)。这种轧辊耐常温和高温下的磨损,使用寿命长,硬化处理过程轧辊无变形、不破坏表面粗糙度、成本低、无环境污染。
文档编号B21B27/02GK2395820SQ9921672
公开日2000年9月13日 申请日期1999年7月16日 优先权日1999年7月16日
发明者李惠琪, 李英庆, 马振强 申请人:马振强