复合材料托辊的研制及热处理工艺

由于高速线材托辊（gǔn)的使用环境恶劣，辊子寿命(lifetime)极低，平均寿命不超过6天，严重影响输送带生产工作效率和产品合格率。为此通过表面复合涂层技术，大幅度提高了辊子的使用寿命。

　　1、托辊的失效形式分析

　　(1)高温磨损超差失效
导卫上分布有磨粒磨损形成的犁沟，是由轧件在高温轧制时表面脆性氧化皮形成的磨粒对导卫犁削所致。另外如导卫的抗氧化性不好也会导致氧化脱落而加速磨损，使导卫精度超差而失效。

　　(2)粘钢失效
导卫辊粘钢失效主要是由于导卫辊材料硬度低，导卫辊工作面加工粗糙及安装精度不高而引起导卫辊在工作中局部受力过大，使氧化物粘着于导卫的工作面而失效。这主要是由于导卫辊硬度较低，特别是红硬性较低所致。

　　(3)拉伤失效
导卫辊被拉削形成很深的沟槽，并在导卫辊的轧材导入段与工作直线交界处发生严重的粘钢现象，从而形成一条贯穿于辊子端面的裂纹。托辊厂家是支撑输送带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠。减少输送带同托辊的摩擦力，对占输送机总成本25%以上的输送带的寿命起着关键作用。虽然托辊在带式输送机中是一个较小部件，结构并不复杂，但制造出高质量的托辊并非易事。其主要原因是冷却不良导致导卫轴承烧毁，进而使导卫辊不能正常高速运转，轧材在固定(fixed)位置拉削导卫辊，形成沟槽报废。

　　(4)热疲劳与热裂失效
导卫辊在运行过程(guò chéng)中产生热应力，导致辊子出现疲劳裂纹及热裂纹，并向心部扩散，导致表层剥落、导卫辊破裂而失效。托辊厂家是支撑输送带和物料重量。托辊运转必须灵活可靠。减少输送带同托辊的摩擦力，对占输送机总成本25%以上的输送带的寿命起着关键作用。虽然托辊在带式输送机中是一个较小部件，结构并不复杂，但制造出高质量的托辊并非易事。

　　2、提高托辊寿命的措施

　　(1)提高材料抗高温磨粒磨损（零部件失效的一种基本类型）性能

　　①提高辊子表面硬度以提高辊子的耐磨性。

　　②提高辊子的抗氧化能力，减少氧化物的产生，降低磨粒磨损。托辊带式输送机的重要部件，种类多，数量大，可以支撑输送带和物料重量。它占了一台带式输送机总成本的35%，产生了70%以上的阻力，因此托辊的质量尤为重要。其有钢制和塑料两种。

　　(2)改善抗粘钢失效

　　①提高导卫辊工作面硬度，避免粘钢现象的产生。

　　②提高导卫辊工作面的加工精度，保持其表面光洁。

　　③提高导卫辊安装精度，使之不倾斜，保证辊子受力均匀。

　　(3)防止导卫辊拉伤失效

　　①提高辊子材质的机械性能、抗热疲劳性能，防止裂纹的延伸。

　　②提高导卫辊的冷却力度，延缓裂纹的产生，延长导卫辊的使用寿命。

　　3、托辊材料的选择

　　(1)传统托辊使用的材料
传统托辊使用的材料有T7、T8、合金材料Crl6Ni3、Cr12MoV及镍铬合金奥氏体钢等。对这些材料的耐磨性进行比较，其顺序为T7(T8)＜Crl6Ni3＜Cr12MoV＜镍铬合金，然而经实践证明，即使是抗磨擦性能最好的镍铬合金也无法满足要求。

　　(2)表面涂层材料的确定
根据前面对托辊（gǔn)磨损的分析可知，托辊材料必须具备良好的耐磨性、较高的硬度及较好的综合机械性能，同时必须具备良好的红硬性。实践表明，单一材质的托辊难以满足要求。为此，最终选定复合材料：基体为45、40Cr等，并通过(tōng guò)热处理使合金材料与基体形成冶金结合。

　　4、托辊复合材料热处理工艺
表面合金材料涂敷到托辊（gǔn)基体后需进行热处理，其热处理工艺曲线见图1。
图1 托辊热处理工艺曲线
热处理后，表面合金材料与基体形成牢固的冶金结合，在高温1120℃下保持40min，使表面的富集元素N4
　　I、Cr等向基体扩散，而基体的元素Fe向涂层扩散，形成一个过渡区。涂层形成后，还需对产品进行最终热处理。这样，在有一定强度的基体上，形成了一层3～5mm的耐磨、耐蚀涂层，解决了托辊寿命问题。

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