專利名稱：瓦楞輥的表面強(qiáng)化改性方法及制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合金瓦楞輥的表面強(qiáng)化改性方法及其制造工藝。
背景技術(shù)：
瓦楞輥是單面瓦楞紙板機(jī)上最主要的工作部件。在瓦楞紙板生產(chǎn)過程中，被加熱烘干的瓦楞原紙高速的送入上下對滾的瓦楞輥中間軋制粘合成瓦楞紙板。由于瓦楞輥工作溫度高，其筒體溫度一般被加熱到200℃以上；楞尖窄?。幌鄬\(yùn)動(dòng)快，有些先進(jìn)的高速生產(chǎn)線運(yùn)行速度甚至達(dá)到300M/MIN；處在無潤滑的干摩擦狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是瓦楞原紙中或多或少的含砂導(dǎo)致了瓦楞輥楞齒的劇烈磨損，使其成為經(jīng)常需要更換修復(fù)，資金占用量大的易耗品。其質(zhì)量和性能直接決定著瓦楞紙板的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平。為了提高耐磨性，延長瓦楞輥的使用壽命，各生產(chǎn)廠家想到了各種可能的制造方法以滿足客戶的要求，比如在中華人民共和國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 1447.1-2000《單面瓦楞紙板機(jī) 瓦楞輥》中，對瓦楞輥齒形表面的硬化處理，列舉了一些較為成熟的處理方法，成為這些生產(chǎn)工藝的典型代表a)氮化氮化深度0.3mm～0.6mm，HRC55～60；b)感應(yīng)淬火硬化層深度大于1mm，HRC55～60；c)滲碳淬火滲碳深度0.8mm～1.2mm，HRC55～60；d)激光淬火硬化層深度0.5mm～1mm，HRC55～60；e)鍍硬鉻以上硬化處理均是基于筒體材料含碳量在0.35％～0.55％范圍內(nèi)的合金結(jié)構(gòu)鋼35CrMo、42CrMo、40CrNiMoA、45CrNiMoV或碳素結(jié)構(gòu)鋼45鋼、50Mn鋼等加工得到的。在上述各種硬化處理工藝中，單純的氮化，如效果最為優(yōu)良的離子氮化，因其設(shè)備投資大，工藝周期長，生產(chǎn)成本高昂和難以避免的狹縫現(xiàn)象及邊角效應(yīng)導(dǎo)致對復(fù)雜大件的處理困難，質(zhì)量不穩(wěn)定，已經(jīng)被大多數(shù)生產(chǎn)廠家所淘汰；滲碳淬火因處理溫度高，零件變形大而在實(shí)際生產(chǎn)中基本上未被采用；激光淬火因其功率控制不穩(wěn)定易燒傷工件，導(dǎo)致瓦楞輥楞尖的塌陷，還處于小批量試用階段。事實(shí)上大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用的瓦楞輥生產(chǎn)的齒面硬化的主流工藝是感應(yīng)淬火+鍍硬鉻，為了防止齒形淬火開裂和鍍鉻氫脆，還必須制定嚴(yán)格的工藝路線以保證合格率，其具體生產(chǎn)工藝為42CrMo精鍛管——筒身調(diào)質(zhì)——定長——焊軸頭——去應(yīng)力退火——粗加工——刨齒——粗磨齒——感應(yīng)淬火——精磨齒——鍍硬鉻——驅(qū)氫熱處理。
上述工藝對瓦楞輥原材料的要求高，必須采用精鍛管，工藝路線復(fù)雜生產(chǎn)周期漫長，致使成本居高不下。實(shí)際使用證明采用上述工藝生產(chǎn)的瓦楞輥，其壽命在1000萬米左右，在現(xiàn)今飛速發(fā)展的高速重型瓦楞紙板生產(chǎn)線上往往只能使用半年甚至三個(gè)月就要更換復(fù)修。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有瓦楞輥耐磨性能差，使用壽命短的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種對瓦楞輥楞齒表面進(jìn)行強(qiáng)化改性的方法，該方法不僅能夠大幅的提高瓦楞輥齒表面的硬度，而且還能極大地提高防銹性能，同時(shí)該方法還能使瓦楞輥齒表面帶有一定的自潤滑性能。使瓦楞輥的耐磨性能，抗咬合性能和抗疲勞性能得到了大幅度的提高。
本發(fā)明另一個(gè)要解決的技術(shù)問題是提供一種瓦楞輥的制造方法，采用該方法制造的瓦楞輥不僅耐磨性能好，使用壽命長，而且還能合理選材，縮短工藝路線，提高成品率，降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明對瓦楞輥齒表面進(jìn)行強(qiáng)化改性的方法是首先將工件進(jìn)行氮碳鹽浴共滲，使氮在黑色金屬表面富集，形成氮占主要成分的ε相鐵氮化合物層和氮擴(kuò)散層，然后對工件進(jìn)行清洗拋光，去除表層較軟的多孔性疏松層并使其表面光滑，再對工件進(jìn)行鹽浴氧化，使?jié)B氮組織層表面覆蓋氧化層。
在上述表面處理方法的滲氮處理中，瓦楞輥合金材料中的Cr、Mo、等成分均可與氮形成硬度高、穩(wěn)定性好的氮化物，并以彌散狀態(tài)分布于滲氮層內(nèi)，使其彌散強(qiáng)化，具有更高硬度和耐磨性；經(jīng)滲氮處理后瓦楞輥楞齒表面形成35μm～50μm的滲氮組織層(白亮層+擴(kuò)散層)，表面硬度為Hv750～Hv1200，耐磨性大大提高；同時(shí)白亮層下面的擴(kuò)散層可以提高材料的疲勞強(qiáng)度。在鹽浴滲氮后的清洗拋光處理，可去掉化合物外面的疏松層，提高工件的耐磨性，且使工件表面產(chǎn)生了與工作時(shí)受力方向相反的壓應(yīng)力，提高工件的疲勞強(qiáng)度。隨后的鹽浴氧化處理不僅降低了工件的表面粗糙度，使其表面黑亮，外觀變得賞心悅目，減小了工件表面的摩擦系數(shù)，還大大提高了化合物層中的含氧量，從而進(jìn)一步提高工件的抗蝕性能。
對于本發(fā)明的瓦楞輥的制造工藝，該技術(shù)問題是這樣加以解決的選用適宜氮化處理的38CrMoAl合金結(jié)構(gòu)鋼作為瓦楞輥筒身材料，其合金成分及含量0.35％～0.42％的C，0.20％～0.45％的Si，0.30％～0.60％的Mn，0.15％～0.25％的Mo，1.35％～1.65％的Cr，0.70％～1.10％的Al，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其工藝步驟為38CrMoAl熱軋無縫鋼管——筒身調(diào)質(zhì)——定長——焊軸頭——去應(yīng)力退火——粗加工——刨齒——精磨——表面強(qiáng)化改性由于本發(fā)明的瓦楞輥表面強(qiáng)化改性方法使工件幾乎不變形，故此可以作為瓦楞輥加工的最后一道工序，尤其是取消了使工件變形量大，極易導(dǎo)致齒面開裂的感應(yīng)淬火工序，也就相應(yīng)的取消了感應(yīng)淬火以后的又一次精磨加工工序，還可以使采用成本較低的熱軋無縫鋼管代替價(jià)格高昂的精鍛管成為可能。
經(jīng)過嚴(yán)格合理的選材和表面強(qiáng)化改性處理后，賦予該瓦楞輥以優(yōu)良的耐磨損、耐腐蝕和耐高溫性能，顯著提高瓦楞輥的工作質(zhì)量和使用壽命，使生產(chǎn)成本明顯降低，達(dá)到節(jié)能降耗，高效長壽的目的。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的瓦楞輥及其表面處理方法和制造工藝作進(jìn)一步詳細(xì)描述，以下所列實(shí)施例為本發(fā)明的非限定性實(shí)施例，有關(guān)成分配比和工藝參數(shù)可在允許的范圍進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整對本發(fā)明沒有實(shí)質(zhì)性影響。
實(shí)施例一本例的瓦楞滾材料選用38CrMOAl熱軋無縫鋼管，材料外徑φ426mm，長L＝2020mm，制成的瓦楞滾直徑φ405mm。供貨材質(zhì)證明書中材料組成及重量含量為C 0.40％，Si0.40％，Mn 0.52％，Mo 0.23％，Cr 1.60％，Al 1.06％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，與化驗(yàn)分析的結(jié)果相吻合。原材料依本發(fā)明的工藝步驟進(jìn)行熱處理調(diào)質(zhì)、車削定長、焊軸頭、去應(yīng)力退火、粗加工、刨齒、精磨齒形后進(jìn)行最終的表面強(qiáng)化改性。其表面強(qiáng)化的具體方法為1裝卡由于工件尺寸大，質(zhì)量重，牢固的裝卡是實(shí)施本工序的安全保證；2清洗去油；3預(yù)熱350-400℃30-50min。在井式空氣爐中進(jìn)行。預(yù)熱的主要作用是烤干工件表面的水分，使冷工件升溫后再入氮化爐，以防工件帶水進(jìn)入氮化爐引起鹽浴濺射和防止冷工件入爐后鹽浴溫度下降太多。同時(shí)預(yù)熱對減少工件變形和獲得色澤均一的外觀也有一定作用；4氮化(鹽浴氮碳共滲)550-570℃160-180min。氮化用鹽40％(NH2)2CO+30％Na2CO3+20％K2CO3+10％KOH，CH->1％。氮化是本發(fā)明表面強(qiáng)化改性的核心工序。工件浸入氮化鹽浴后，氰酸根分解產(chǎn)生的N、C原子可在工件表面形成高的N勢和C勢，由于N原子半徑僅僅為Fe原子的一半，而C原子的半徑更小，所以N、C原子可以在Fe原子點(diǎn)陣間隙中進(jìn)行擴(kuò)散。工件表面高濃度的N、C原子向內(nèi)部擴(kuò)散，先形成在a-Fe中的固溶體，隨著表面原子濃度的提高，逐漸形成γ’(Fe4N)化合物和ε(Fe2_3N)化合物。最終由工件表面向中心形成N、C的濃度梯度。滲層組織為ε相、ε相+γ’相、γ’相，化合物層以下是N在α-Fe中的固溶體，形成擴(kuò)散層；5清洗拋光清洗拋光處理，去掉化合物外面的疏松層；6氧化350-400℃20-30min。氧化工序的作用一是徹底分解工件從氮化爐帶出來的氰根，達(dá)到環(huán)保要求。二是在工件表面形成黑色氧化膜增加防腐能力，對提高耐磨性也有一定好處；7清洗去鹽；8干燥；9浸油。
瓦楞輥經(jīng)過本發(fā)明的表面強(qiáng)化改性后，表面滲層組織由三層構(gòu)成外表為美觀的黑色氧化膜；中間為化合物層；向內(nèi)為擴(kuò)散層。其中以氧化物層最為重要，其主要組成為Fe2_3N，它是提高耐磨性的可靠保證，同時(shí)它的抗蝕性也很好。氧化膜的主要作用是與化合物一起構(gòu)成極好的抗蝕層。同時(shí)它處于多孔狀態(tài)可以儲(chǔ)油，減小摩擦系數(shù)，對提高耐磨性有利，還有美化外觀的作用。擴(kuò)散層主要作用是提高工件的疲勞強(qiáng)度。本發(fā)明的瓦楞輥表面強(qiáng)化改性技術(shù)實(shí)現(xiàn)了滲氮工序和氧化工序的復(fù)合，氮化物和氧化物的復(fù)合，耐磨性和抗蝕性的復(fù)合，熱處理技術(shù)和防腐技術(shù)的復(fù)合，滿足了瓦楞輥表面需要的優(yōu)良的理化性能和機(jī)械性能。經(jīng)檢測其齒表面硬度為Hv0.11030。
實(shí)施例二本例選用的瓦楞輥材料為42CrMo精鍛管，材料組成及重量含量為C 0.41％，Si 0.36％，Mn 0.68％，Mo 0.24％，Cr 1.16％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。采用實(shí)施例一中完全相同的工藝方法同樣得到了表面強(qiáng)化的硬化層。經(jīng)檢測其齒表面硬度為Hv0.1690，略低于實(shí)施例一，同樣具有良好的耐磨性和耐蝕性。
對比以上兩個(gè)實(shí)施例我們可以得到如下的結(jié)論本發(fā)明的瓦楞輥表面強(qiáng)化改性方法幾乎對所有的鋼種有效，含一定量的Cr、MO、Al、Ti的鋼效果更佳，尤其是Al可以顯著的提高表面硬度，故此38CrMoAl是本發(fā)明中最為有效的材料選擇之一。
下表是滑動(dòng)磨損試驗(yàn)所得的不同處理方法的瓦楞輥楞齒表面機(jī)械性能對照表

權(quán)利要求
1.一種合金瓦楞輥的表面強(qiáng)化改性方法，即首先將工件進(jìn)行氮碳鹽浴共滲，使氮在金屬表面富集，形成氮占主要成分的ε相鐵氮化合物層和氮擴(kuò)散層，然后對工件進(jìn)行清洗拋光，去除表層較軟的多孔性疏松層并使其表面光滑，再對工件進(jìn)行鹽浴氧化，使?jié)B氮組織層表面覆蓋氧化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面強(qiáng)化改性方法，其特征在于瓦楞輥預(yù)熱350-400℃ 30-50min；氮化(鹽浴氮碳共滲)550-570℃ 160-180min。氮化用鹽40％(NH2)2CO+30％Na2CO3+20％K2CO3+10％KOH，CH-＞1％；清洗拋光清洗拋光處理，去掉化合物外面的疏松層。氧化350-400℃ 20-30min。使瓦楞輥表面形成滲氮組織層和氧化層后，齒表面硬度在Hv0.1900-Hv0.11100。
3.一種瓦楞輥的制造工藝，其特征在于選用適宜氮化處理的38CrMoAl合金結(jié)構(gòu)鋼作為瓦楞輥筒身材料，其合金成分及含量0.35％～0.42％的C，0.20％～0.45％的Si，0.30％～0.60％的Mn，0.15％～0.25％的Mo，1.35％～1.65％的Cr，0.70％～1.10％的Al，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。其工藝步驟為38CrMoAl熱軋無縫鋼管——筒身調(diào)質(zhì)——定長——焊軸頭——去應(yīng)力退火——粗加工——刨齒——精磨——表面強(qiáng)化改性。
全文摘要
瓦楞輥的表面強(qiáng)化改性方法及制造工藝，本發(fā)明公開了一種合金瓦楞輥的表面強(qiáng)化改性方法，即首先將工件進(jìn)行氮碳鹽浴共滲，使氮在金屬表面富集，形成氮占主要成分的ε相鐵氮化合物層和氮擴(kuò)散層，然后對工件進(jìn)行清洗拋光，去除表層較軟的多孔性疏松層并使其表面光滑，再對工件進(jìn)行鹽浴氧化，使?jié)B氮組織層表面覆蓋氧化層。此外還公開了一種瓦楞輥的制造工藝以及該制造工藝所采用的原材料。經(jīng)過合理的選材和表面強(qiáng)化改性處理后，賦予該瓦楞輥以優(yōu)良的耐磨損、耐腐蝕和耐高溫性能，顯著提高瓦楞輥的工作質(zhì)量和使用壽命，使生產(chǎn)成本明顯降低，達(dá)到節(jié)能降耗，高效長壽的目的。
文檔編號C23C22/70GK1891847SQ20051008036
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月4日
發(fā)明者姚松柏, 翟蘭 申請人:北京博大通達(dá)商貿(mào)有限公司