[发明专利]一种复合材料磨辊与磨盘及其负压铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其制造方法，特别涉及一种具有双阴影抗磨效应的辊磨机复合材料磨辊与磨盘及其负压铸造方法。

背景技术

大型辊磨机(辊式破碎机，辊式粉碎机等)是矿山、冶金、水泥、建材等行业对矿物和建筑材料进行物料破碎必不可少的设备，而磨辊是辊磨机中能耗最大的磨损配件。其工作原理是依靠滚动的磨辊碾压位于磨盘上的物料而达到粉碎物料的目的。仅水泥、电力工业，我国每年大型磨辊的消耗量就高达80万吨，产值160亿元以上。目前，国产大型磨辊由于抗磨性差，使用寿命短，更换频繁，成为制约物料粉碎效率的关键因素，因而国内大部分大型磨辊仍采用进口产品，造成极大地国民经济损失。因此开发新型磨辊材料及其加工成形技术，提高磨辊的使用寿命并改善过度依赖进口大型磨辊的现状已成为亟待解决的问题。

目前国内采用的磨辊主要有整体铸造磨辊：所涉及的材料有高铬铸铁(中国发明专利CN1943861)、球墨铸铁(中国实用新型专利CN2373207)、镍铬低合金铸铁(原商业部磨辊行业标准SB/T3515-1993)、高锰钢(Mn13)等；复合磨辊：包括双液双金属复合铸造磨辊(中国发明专利01134317.6、01134317、中国实用新型专利200620067961)，镶铸或镶嵌磨辊(中国实用新型专利01242782.9、200620009872)，表面堆焊或整体堆焊磨辊(中国实用新型专利92215303.5)。对于整体铸造磨辊，虽然其具有高的强韧性、在运行过程中不易发生断裂，但由于磨辊的整体硬度较低，不足以抵抗物料的长期不间断磨料磨损作用，所以耐磨性差，使用寿命短，尽管人们通过调整合金成分和改进热处理工艺等措施试图提高磨辊的抗磨性，其结果往往是制造成本显著增加，而抗磨性提高甚微；所谓复合磨辊，是指将一种高硬度的材料如高铬铸铁或硬质合金与一种高韧性且价格低廉的铸铁或铸钢通过复合铸造、焊接或镶嵌等方法组合在一起制作成磨辊，将其中高硬度材料作为磨辊的碾磨面以提高磨辊的抗磨性，而高韧性材料位于磨辊的内部以防止断裂与剥落。这类磨辊制造工艺复杂、成本高(对于硬质合金更是如此)，且工艺稳定性差，在结合部位易产生裂纹、应力集中等缺陷，因此在实际运行中往往会发生两种材料的结合部位由于裂纹扩展而断裂剥落的现象；堆焊磨辊是采用专用抗磨焊条在铸铁或铸钢磨辊的端部(打击面或工作面)堆焊一层具有高硬度的抗磨层，其缺点是需要专用焊机，堆焊工艺复杂，工艺控制难度大，堆焊层中存在大量微裂纹、夹杂、气孔等缺陷，因此运行中堆焊层的剥落和掉块是其主要失效形式。

国际上有美国燃烧工程有限公司开发的粉碎机用节能磨辊，俄罗斯泰亚兹赫马什公司研制的新型磨辊，这些均为整体式磨辊，服役安全性高，但是使用寿命有限，更换频繁。比利时马克托公司生产地复合材料磨辊(US2002136857(A1)、US2007184235(A1))采用高耐磨陶瓷颗粒增强铁基复合材料具有很高的耐磨性，使用寿命大幅度提高，因而占据了国际大型磨辊的大片市场，但是该公司采用的陶瓷颗粒为氧化锆增韧氧化铝陶瓷，这种材料与钢铁材料的润湿性略差，结合强度有限。

因此，本研究所近年来致力于研究界面润湿性好，结合牢固的WC陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料，并开发出铸渗法制备WC颗粒增强铁基复合材料的多项技术。包括有：铁基复合材料及其铸造方法(中国发明专利CN200510096149.5)；WCp增强铁基表层复合材料用复合剂技术(中国发明专利CN200510043187.4)；局部复合材料及其制造方法(中国发明专利CN95113785.9)等等。这些发明专利克服了前述技术的缺点，提供了一种成型方法简单，复合材料层与金属母体呈冶金结合的复合材料磨辊新思路。这种磨辊在服役过程中，由于复合材料层中陶瓷颗粒的高硬度，将逐渐突出于复合材料层表面而对周围基体金属产生一种微观的阴影效应，保护了基体免于进一步磨损，这一微观阴影效应已在磨损试验中得到证实。