[发明专利]一种高韧性仿生耐磨磨辊

说明书

技术领域：

本发明涉及一种在疲劳磨损和磨粒磨损工况条件下使用的高韧性磨辊的制造加工技术。 

背景技术：

磨机在工作时，磨辊不但要承受磨料的磨损，还要承受一定的冲击载荷。因此，磨辊要具有较高的耐磨性、硬度和冲击韧性。磨辊质量的优劣直接影响设备的研磨效果。硬度，耐磨性和表面加工要求是磨辊最为重要的技术指标。硬度和耐磨性不合格，不可能经切削加工制成优质的磨辊。由于硬度、耐磨性与加工存在的矛盾，必须研究改进磨辊生产的全过程。材料的韧性和硬度是两个相互影响且相互制约的。材料如果想要耐磨，其硬度必须要高，这样才能有效的抵抗表面的剪切力和冲击力。但是高硬度的材料本身吸收能量的效果很差，遇到应力集中的地方高硬度的材料会产生裂纹，最终导致材料大面积的碎裂和脱落。高韧性的材料具有较好的吸能性，但是在粉磨过程中，韧性材料在磨料磨损的工况下，抗磨损能力差，很快就被磨掉了，因此韧性材料的寿命短。解决韧性和硬度两者兼顾的问题是困扰磨辊发展的难题。 

发明内容：

本发明的目的是突破传统的磨辊设计方式和制造工艺，既能有效的提高磨辊表面硬度，又能兼顾磨辊表面的韧性，做到有效的吸收能量。开发出一种更为合理、行之有效的在疲劳磨损和磨料磨损工况条件下使用的一种高韧性仿生耐磨磨辊。 

本发明的上述目的通过以下技术方实现： 

一种高韧性仿生耐磨磨辊，由磨辊的辊芯和钢筋框架组成，所述钢筋框架为套装在辊芯表面并由钢筋编制而成的钢筋脉络卷结构，所述钢筋脉络卷为对齐排布或错开排布的网格状形体构成，所述钢筋框架为一层或多层，每层钢筋框架通过在形体内充填焊熔耐磨合金包裹在辊芯表面，形成仿树叶状或蜻蜓翅膀状生物体软硬、强韧相间结构的工作层。 

所述钢筋的钢筋的材料选轧制碳钢或低合金钢，钢筋直径为5-10mm，所述网格状形体为正方形、长方形或菱形，每个形体为对齐排布或错开排布，每个网格形体的面积为80-120平方毫米。 

所述填耐磨合金为常用的过共晶高铬铸铁，其成分按重量白分比：C：1.0-3.2，Mn：0.65，Si：0.71，P：0.013，S：0.012，Cr：50-69，Mo：0.05-0.8，Fe：余量。 

所述填耐磨合金为含钒材料的耐磨合金，其成分按重量百分比：C：0.8-1.0，Mn：0.65， Si：0.71，P：0.013，S：0.012，V：50-55，Mo：2-3，Fe：余量。 

所述填耐磨合金为在常用的过共晶高铬铸铁的基础上加入0.5-2铌，组成新的合金。 

通过模仿生物体耐磨组织中软硬相间结构相互交替构成的原理，并参考建筑学中钢筋混凝土的设计方法。设计出新的高韧性耐磨磨辊替代原来依靠整体表面堆焊的高硬度耐磨性磨辊。采用这种方法制备的磨辊，它的辊芯外层(磨损层)与传统的表面堆焊高铬铸铁的耐磨磨辊具有相同的耐磨性，甚至在耐磨合金材料方面比传统的高铬铸铁合金成分上还有所改进，以获得更好的硬度和耐磨性。这种新型磨辊在受到剪切和冲击力的时候，高硬度可以有效的抵抗冲击力和剪切力，而这两种力产生的冲击能量则由新磨辊中的钢筋骨架吸收。钢筋具有良好韧性，它的抗拉和抗压强度非常高，在磨辊的外表面因受力而产生能量的同时，钢筋通过自身的特性将能量吸收。这样与传统堆焊磨辊相比，剪切力和冲击力产生的能量对磨损层的破坏就被大大的削弱了，因此磨辊的耐磨损能力增加，抗破坏能力增强，磨辊的服役寿命和工作效率都远远大于表面堆焊的磨辊。大大提高了生产效率。 

附图说明：

图1(a)带有钢筋框架结构的仿生耐磨磨辊立体图一。 

图1(b)带有钢筋框架结构的仿生耐磨磨辊立体图二。 

图2(a)钢筋框架网格按矩形对齐排布。 

图2(b)钢筋框架网格按矩形错开排布。 

图2(c)钢筋框架网格按菱形排布。 

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本发明的具体内容及其加工过程。 

生物经过亿万年的进化，不仅能够适应自然，而且其进化程度接近完善，他们一些奇妙的功能远远超过人类自身先前的设计，并逐渐成为解决疑难工程问题的答案。本发明通过观察自然界具有优异抗疲劳磨损的生物，发现他们有如下的特征：1.它们都具有软硬相交替的结构；2.该结构中硬质单元自身可以有不同的分布形态；3.硬质单元的相对高硬度均来自其与软质单元的组成材料或组织结构差别。这种形态、结构和组成材料的有机耦合使得生物具有优异的力学性能和抗疲劳磨损功能。