在辊压机工作状态下由于物料在两个辊面之间相互挤压和摩擦,因此辊面的磨损类型属于典型的高应力磨料磨损。这就要求辊面具有较高的硬度和韧性。从挤压辊的破坏形式分析,选择的堆焊材料不仅要求耐磨性好,而且要具备较高的韧性和抗疲劳性,故堆焊工艺选择时要考虑碳当量的概念,碳当量决定耐磨件本身的强度、韧性和抗冲击性,原则上应采用热焊,焊接、保温温度都比较高。
根据辊压机的工况和辊面磨损情况,选择材料的原则首先必须将硬度、耐磨性及韧性相结合,同时硬层材料不宜堆焊过厚,否则在高应力作用下易剥落。这就需要在母体与硬层之间堆焊过渡层材料,在辊体径向形成硬度递增的梯度,提高辊体堆焊层的结合。
其次,辊压机挤压辊辊面的耐磨效果决定于辊面耐磨材料的表面硬度及韧性,一般要求辊面硬度HRC≥55,而且对表面裂纹的数量及分布都有比较严格的限制,以免裂纹在高应力反复作用下扩展、连网,同时在辊体运行中,不允许出现局部或大面积剥落、掉块现象。
辊子堆焊完成后,堆焊层的硬度从内到外呈梯度分布,逐渐升高,这样既能保证辊面耐磨性好,又能保证承受强大的冲击力,保证抗裂性和抗疲劳性能。
在以往的辊面修复中,水泥厂多采用高Cr铸铁型耐磨焊条,此类焊条焊后组织主要为铸铁型基体上分布大块碳化物,含C含量在3%以上,堆焊层硬度在HRC60左右,具有良好的耐磨性能,但其结合性、抗裂性和抗疲劳性差,在辊面上堆焊一层就会出现交错裂纹。在辊体运行过程中,由于应力的影响,很容易出现大面积剥落。同时堆焊层的交错裂纹易延伸至辊子母体,使辊面出现大量缺陷,直接影响辊体质量,长期下去,很可能造成整个辊体报废。因此,对挤压辊用堆焊材料及其工艺有一般有如下要求:
(1)打底层焊丝要求韧性好,作为止裂层焊在最底层。
打底层的作用是保证堆焊层与辊体结合良好,防止整个堆焊层剥落,同时要求抗裂性好,能够有效阻止辊面的焊接裂纹和疲劳裂纹向辊体延伸、发展,保证辊体不受破坏。
如,北京嘉克公司研制的ARCFCW1003是抗高冲击磨损的硬面材料,由高合金药芯焊丝组成的奥氏体,硬度HB180~200,焊道具有耐腐蚀、自动硬化、防磁热性能,在850℃能防热冲击。由于其高延展性达到40%,这种合金在旧的耐磨表面充当过渡层,连接异种钢或者很难焊接的钢种(如高锰钢)。
(2)良好的过渡层材料选择及焊接是保证硬面层安全有效运行的重要前提。
过渡层的作用是既要保证打底层和耐磨层具有非常良好的结合性,又要对耐磨层有很好的支撑作用,这就要求过渡层材料的硬度要高于打底层。
堆焊过渡层材料在母体与硬面层之间,可在辊体径向形成硬度递增的梯度,提高辊体堆焊层的结合。过渡层焊丝要求强度高,可抵抗较高的拉应力和压应力,可起到很好的缓冲作用。如,北京嘉克公司研制ARCFCW9318是抗高冲击负荷和磨损的奥氏体药芯焊丝,硬度HB200~250,是一种高韧性、中等硬度的堆焊材料,具有良好的抗疲劳性和结合性,同时又具有一定的抗磨性能,在辊体和硬层之间起到了很好的桥梁作用。并且全奥氏体焊道具有耐腐蚀、无磁化、高塑性的特点,在旧的硬表面上作为一种过渡。焊道的工作硬度可以达到HB500,这种焊道可防收缩、抗应力以及高冲击负荷。
(3)辊面焊材要求堆焊金属具有较高的焊态硬度和良好的抗裂性,具有优异的抗磨粒磨损和抗挤压磨损综合性能,要求耐磨层材料的硬度要高于过渡层。
辊面耐磨材料可采用ARCFCW9996,焊道的微观组织含有高耐磨碳化钛马氏体,抗裂性能优良,也被应用于水泥破碎机辊、粉碎机辊和粉碎锤。焊层硬度HRC59~64,可作为耐磨层焊在ARCFCW9318上面。硬面层材料不宜堆焊过厚,否则在高应力作用下易剥落。
(4)花纹层是直接工作面,要求比耐磨层具有抗剧烈磨粒磨损和抗挤压磨损性能及中等冲击磨损,材料的硬度最高。
如ARCFCW9996属于高合金堆焊材料,作为辊面的耐磨花纹, 耐磨性能优异,其焊层硬度为HRC59~64,花纹上面会出现少量细小裂纹,但由于ARCFCW9996同时具有良好的韧性,裂纹不会向堆焊层扩展。 |