熱等靜壓法製備硬質合金複合軋輥

隨著材料種類的不斷變化以及軋製技術的不斷發展,普通材料製備成的壓輥已經難以滿足日益複雜變化的需求,因而研究人員採用熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing, HIP)擴散連接法製造外層耐磨性高、內層強韌性好的複合軋輥。選用紅硬性、耐磨性更好的硬質合金代替粉末高速鋼作複合軋輥工作層,可進一步提高軋輥的耐磨性、表面光潔度,從而使得軋製效率大幅度提高、改善工件表面品質。複合軋輥的外層在具備一定韌性和強度的前提下,還應與內層材料具有相近的熱膨脹係數,且操作方便、成本合理。以WC-28NiCo硬質合金作為外層,鐵基複合材料做內層的複合軋輥為例,其在外層硬質合金輥套的芯部和端部充填鐵基複合粉體,將輥套上需複合鐵基內層的表面掩埋,然後整體蜜蜂與金屬包套內,置於熱等靜壓機中處理。在高溫高壓下,通過包套的變形傳壓使鐵基粉體燒結緻密,同時與外層輥套形成冶金結合。

熱等靜壓後,鐵基內層燒結基本緻密,硬質相顆粒均勻分佈於基體中。鐵基內層的緻密化為固相燒結過程,根據熱等靜壓粉體固結理論,熱等靜壓時氣孔表面張力引起的內壓力對緻密化作用可忽略不計,粉體緻密化的速率與熱等靜壓所施加的壓力成正比。從鐵基內層拉伸試樣斷口形貌上看,貼劑中的硬質相顆粒呈解理斷裂,鐵基呈韌窩斷裂,這也說明了硬質顆粒與基體結合良好,結合力已超過了硬質顆粒解理面原子鍵合力。總的來說,採用熱等靜壓工藝製造的硬質合金複合軋輥可以滿足大多數產品的性能要求;單一整體型包套結構會使得硬質合金輥環在熱等靜壓過程中沿徑向產生大的內、外壓力差,從而產生裂紋;在複合軋輥製造過程中,必須盡可能減小或消除內層金屬與外層硬質合金因熱膨脹不匹配而產生的殘餘熱應力。

硬質合金軋輥

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