阅读说明：本技术 一种硬质辊压齿的制作方法 (Manufacturing method of hard rolling teeth ) 是由 袁明健 刁椿珉 于 2019-11-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种硬质辊压齿的制作方法,步骤1、选用重量比为(79.7～82)：(18～20.3)：(0～1.2)的碳化钨粉、粘结剂、添加剂作为原料,其中,粘结剂包括钴、镍与铁、钼、钨中的至少一种的混合料；所述添加剂为钒、钽、碳化钒、碳化钽、碳化铬中的至少一种；步骤2、将原料混合后进行湿磨、喷雾干燥,得到混合细粉；步骤3、将混合细粉进行压坯、烧结,得到毛坯；步骤4、交毛坯进行打磨得到硬质辊压齿。本发明采用价格较低的镍代替部分钴,同时加入铁、钼、钨与镍、钴结合起来抑制晶粒的长大,从而提升烧成毛坯的耐磨性,通过钒、钽、碳化钒、碳化钽、碳化铬等添加剂整体使产品的硬度、强度、断裂韧性产生大幅度的提升。(The invention provides a manufacturing method of a hard rolling tooth, which comprises the following steps of 1, selecting the following materials in percentage by weight (79.7-82): (18-20.3): (0-1.2) taking tungsten carbide powder, a binder and an additive as raw materials, wherein the binder comprises a mixture of cobalt, nickel and at least one of iron, molybdenum and tungsten; the additive is at least one of vanadium, tantalum, vanadium carbide, tantalum carbide and chromium carbide; step 2, mixing the raw materials, wet-grinding, and spray-drying to obtain mixed fine powder; step 3, compacting and sintering the mixed fine powder to obtain a blank; and 4, polishing the blank to obtain the hard rolling tooth. According to the invention, nickel with low price is adopted to replace part of cobalt, and iron, molybdenum and tungsten are added to be combined with nickel and cobalt to inhibit the growth of crystal grains, so that the wear resistance of the sintered blank is improved, and the hardness, strength and fracture toughness of the product are greatly improved through the additives such as vanadium, tantalum, vanadium carbide, tantalum carbide, chromium carbide and the like.)

一种硬质辊压齿的制作方法

技术领域

本发明属于辊压齿合成领域，具体涉及一种硬质辊压齿的制作方法。

背景技术

辊压机，又名压延机、对辊机，主要用于对水泥生料熟料、矿石等硬质物料进行挤压，辊压齿(辊压机柱钉)是安装于辊压机辊子上的柱状齿，启动辊压机后，辊子转动以带动辊压齿将物料进行挤压破碎。国内辊压机最先是在德国威达克.洪堡有限公司引进，国内通常采用碳化钨添加钴后烧制而成辊压齿，随着对辊压机挤压效率与挤压量的需求越来越大，对辊压齿所具有的耐磨性、断裂韧性需求越来越高，而作为常规粘结剂的钴的价格不断攀升且资源越来越短缺，如何在减少钴用量的同时提升辊压齿的耐磨性、断裂韧性成为本领域的一个难题，谁先掌握这项技术，谁就在市场竞争中占据有利地位。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种高耐磨性、高断裂韧性的硬质辊压齿的制作方法。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种硬质辊压齿的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用重量比为(79.7～82)：(18～20.3)：(0～1.2)的碳化钨粉、粘结剂、添加剂作为原料，其中，粘结剂包括钴、镍与铁、钼、钨中的至少一种的混合料；所述添加剂为钒、钽、碳化钒、碳化钽、碳化铬中的至少一种；

步骤2、将原料混合后进行湿磨、喷雾干燥，得到混合细粉；

步骤3、将混合细粉进行压坯、烧结，得到毛坯；

步骤4、交毛坯进行打磨得到硬质辊压齿。

打磨加工可选无芯磨、运用工具磨采用成型砂轮加工球冠、平面磨等手段。下面以一种装配面为球形的辊压齿(或者辊压机柱钉)为例进行举例说明。

1、无芯磨：将压坯烧结后得到的硬质合金辊压齿(柱钉)毛坯，采用无芯磨床进行，按尺寸进行加工，加工后采用冷却至室温捞出，擦干，其余加工技术要求严格按照工艺要求进行。

2、加工球冠(承受压力配合面)：运用工具磨床，采用成型砂轮加工球冠。加工过程严格按照工艺执行。

3、平面磨：采用平面磨床对辊压齿工作面进行加工，加工后采用冷却至室温捞出，擦干，其余加工技术要求严格按照工艺要求进行。

本发明中，采用价格较低的镍代替部分钴，在不影响粘结效果的同时降低成本，同时加入铁、钼、钨与镍、钴结合起来抑制晶粒的长大，从而提升烧成毛坯的耐磨性，这在增加产品断裂韧性的同时会降低产品硬度与强度，通过钒、钽、碳化钒、碳化钽、碳化铬等添加剂可以弥补上述缺陷，同时整体使产品的硬度、强度、断裂韧性产生大幅度的提升，制成的硬质合金齿的硬度可达HRA87以上，抗弯强度可达3500MPa以上，断裂韧性(压痕法)可达48MPa.m^1/2以上。

具体的，所述步骤1的粘结剂中，所述步骤1的粘结剂中，钴的含量为(60～80)wt％，镍含的含量为(5～25)wt％，铁的含量为(0～20)wt％，钼的含量为(0～14)wt％，钨的含量为(0～18)wt％。

优化的，所述步骤1中选用重量比为81.3：18：0.7的碳化钨粉、粘结剂、添加剂作为原料；其中，粘结剂采用钴、镍、钼的混合物，粘结剂中钴的含量为80wt％、镍的含量为19.8wt％、钼的含量为0.2wt％；所述添加剂为碳化铬、碳化钒混合物，添加剂中碳化铬的含量为71.5wt％、碳化钒的含量为28.5wt％。

所述步骤2中湿磨工艺为采用滚动球磨工艺，己烷作为湿磨介质，石蜡作为成型剂，液固比为己烷：混合料＝(0.40～0.45)L：1kg，球料比3.5～4.5:1，湿磨时间16～60小时。

喷雾干燥：采用石蜡作为成型剂，在喷嘴直径1.4mm，喷雾塔压力12.0-12.5MPa的压力作用下，采用N₂进行喷雾干燥，氮气进入喷雾塔的进口温度控制在65℃～70℃，喷雾塔的出口温度控制在40℃-45℃。其工作原理是经球磨后搅拌均匀的、含己烷的混合料料浆，被泵压至干燥室下部的喷嘴向上喷出，为压力风机增压的、由上往下的热氮气流干燥而脱去己烷。含石蜡的混合料呈球状落入塔底料桶；带少量混合料粉尘的己烷蒸汽及热氮气流为派风机排入洗涤塔和冷藏器(粉末进入旋风收尘器回收)，己烷被冷凝回收；载流氮气又经压力风机压至气体加热室。整个干燥过程为一闭路循环体系干燥混合(掺蜡)、制粒在一连续过程中完成。

压坯的制备：采用采双向压制成型，但此产品由于高径比较大，对压机的压制行程提出了较高的要求，同时高径比较大，涉及到产品的密度分布，因此，为了实现此类产品的生产，对模具的收缩系数进行了调整，压制的保压时间相对工程球齿进行了加大，压制速率调整为25HZ(即5次/分钟)，保压时间≥5秒，压制压力320MPa～800MPa，确保压坯质量。

所述步骤3中烧结工艺为：0～5MPa、1390～1440℃的条件下进行压力烧结50～120分钟。

本发明的有益效果为：

本发明提供的硬质辊压齿的制作方法，采用价格较低的镍代替部分钴，在不影响粘结效果的同时降低成本，同时加入铁、钼、钨与镍、钴结合起来抑制晶粒的长大，从而提升烧成毛坯的耐磨性，这在增加产品断裂韧性的同时会降低产品硬度与强度，通过钒、钽、碳化钒、碳化钽、碳化铬等添加剂可以弥补上述缺陷，同时整体使产品的硬度、强度、断裂韧性产生大幅度的提升，制成的硬质合金齿的硬度可达HRA87以上，抗弯强度可达3500MPa以上，断裂韧性(压痕法)可达48MPa.m^1/2以上。

附图说明

图1为实施例1制得硬质辊压齿的金相照片；

图2为实施例2制得硬质辊压齿的金相照片；

图3为实施例3制得硬质辊压齿的金相照片；

图4为对照例1制得硬质辊压齿的金相照片；

图5为对照例2制得硬质辊压齿的金相照片；

图6为对照例3制得硬质辊压齿的金相照片；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例提供一种硬质辊压齿的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用重量比为81.3：18：0.7的碳化钨粉、粘结剂、添加剂作为原料，其中，粘结剂中钴的含量为80wt％，镍的含量为19.8wt％，钼的含量为0.2wt％；所述添加剂中碳化钒的含量为28.6wt％，碳化铬的含量为71.4wt％；

步骤2、将原料混合后进行湿磨、喷雾干燥，得到混合细粉；

步骤3、将混合细粉进行压坯、烧结，得到毛坯；其中，烧结条件为：在4.5MPa、1400℃的条件下进行压力烧结90分钟。

步骤4、交毛坯进行无芯磨加工得到硬质辊压齿。

本实施例制成的硬质合金齿的硬度为HRA87.4，抗弯强度为3560MPa，断裂韧性(压痕法)为48.1MPa.m^1/2。

实施例2

本实施例提供一种硬质辊压齿的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用重量比为81.65：18：0.35的碳化钨粉、粘结剂、添加剂作为原料，其中，粘结剂中钴的含量为76.1wt％，镍含的含量为10.2wt％，钼的含量为13.7wt％，钨的含量为6.65wt％；所述添加剂为碳化铬；

步骤2、将原料混合后进行湿磨、喷雾干燥，得到混合细粉；

步骤3、将混合细粉进行压坯、烧结，得到毛坯；其中，烧结条件为：在4MPa、1440℃的条件下进行压力烧结90分钟。

步骤4、交毛坯采用成型砂轮加工得到硬质辊压齿。

制成的硬质合金齿的硬度为HRA87.5，抗弯强度为3580MPa，断裂韧性(压痕法)为48.4MPa.m^1/2。

实施例3

本实施例提供一种硬质辊压齿的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用重量比为80.95：18：1.05的碳化钨粉、粘结剂、添加剂作为原料，其中，粘结剂中钴的含量为65wt％，镍含的含量为12.3wt％，铁的含量为5.1wt％，钼的含量为4.1wt％，钨的含量为13.5wt％；所述添加剂中钒的含量为5wt％，钽的含量为5wt％，碳化钒的含量为7wt％，碳化钽的含量为8wt％，碳化铬的含量为75wt％；

步骤2、将原料混合后进行湿磨、喷雾干燥，得到混合细粉；

步骤3、将混合细粉进行压坯、烧结，得到毛坯；其中，烧结条件为：在5.0MPa、1420℃的条件下进行压力烧结90分钟。

步骤4、交毛坯进行无芯磨加工得到硬质辊压齿。

本实施例制成的硬质合金齿的硬度为HRA87.6，抗弯强度为3590MPa，断裂韧性(压痕法)为48.8MPa.m^1/2。

对照例1

本对照例为实施例1的照例，其在步骤1中采用与实施例1中相同的碳化钨粉和粘结剂，区别之处在于取消添加剂的加入，步骤2、3与实施例1的步骤2、3相同。

本实施例相较于实施例1取消添加剂的加入，制得的对照辊压齿，其硬度为HRA85.1，抗弯强度为2890MPa，断裂韧性(压痕法)为27.1MPa.m^1/2。

对照例2

本对照例为实施例3的对照例，其在步骤1中采用与实施例3中相同的碳化钨粉和粘结剂，区别之处在于取消添加剂的加入，步骤2、3与实施例3的步骤2、3相同。

本实施例相较于实施例1取消添加剂的加入，制得的对照辊压齿，其硬度为HRA86.3，抗弯强度为2920MPa，断裂韧性(压痕法)为27.0MPa.m^1/2。

对照例3

本对照例为实施例3基于对照例2的另一对照例，其在步骤1中采用与实施例3中相同重量比的碳化钨粉和粘结剂，区别之处在于粘结剂为钴并取消添加剂的加入，步骤2、3与实施例3的步骤2、3相同。

本实施例采用传统的碳化钨和钴的混合物作为原料，制得传统辊压齿，其硬度为HRA86.7，抗弯强度为3020MPa，断裂韧性(压痕法)为22.1MPa.m^1/2。

对实施例1至3和对照例1至3的制得的辊压齿进行硬度、抗弯强度、断裂韧性的测试，其测试结果如下表1所示：

表1性能测试结果

	硬度/HRA	抗弯强度/MPa	断裂韧性/MPa.m<sup>1/2</sup>
				实施例1	87.4	3560	48.1
实施例2	87.5	3580	48.4
				实施例3	87.6	3590	48.8
对照例1	85.1	2910	27.1
				对照例2	86.3	2920	27.0
对照例3	86.7	3020	22.1

根据以上表1中测试结果结合附图1至3可知，实施例1至3中采用本发明提供的方法与参数制得的辊压齿在硬度、抗弯强度、断裂韧性等性能均较高，晶粒均匀且孔洞少；

对照例1中取消添加剂的使用，制得的辊压齿的性能比实施例1的硬度、强度、断裂韧性都较低，对比金相图2、4可见，对照例1比实施例1中存在粗大的晶粒与较大池；

对照例2中取消添加剂的使用，制得的辊压齿的性能比实施例3的硬度、强度、断裂韧性都较高，对比金相图3、5可见，对照例2比实施例3中存在板条状的晶粒与较大的钴层厚度；

对照例3中采用传统碳化钨与钴作为原料，对照例2比对照例3将部分钴替换为镍，制得的辊压齿的断裂韧性比对照例3有大幅度提高，但是硬度与强度降低，对比金相图4、6可见，对照例3比对照例2存在更粗大的WC晶粒，且钴层厚度较小一些；再结合实施例3与实施例1，可知，采用镍替换粘结剂中的部分钴虽然会使产品的硬度与强度降低，但是通过钒、钽、碳化钒、碳化钽、碳化铬等添加剂可以弥补上述缺陷的同时整体使产品的硬度、强度、断裂韧性产生大幅度的提升，采用本发明提供的方法(实施例3)制得的辊压齿相较于传统方法(对照例3)制得的辊压齿，其硬度可提升1％以上、抗弯强度可提升18％以上、断裂韧性可提升1倍以上。

综上所述，采用本发明提供的方法，可以制得皆具高硬度、高抗弯强度以及高断裂韧性的优质硬质合金辊压齿。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。