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轧辊用合金铸钢耐磨性及接触疲劳性能的研究

2020-12-14阅读(723)

轧辊用合金铸钢耐磨性及接触疲劳性能的研究

论文摘要

本文针对现代生产的轧辊易发生疲劳磨损而导致失效（主要是剥落、断辊）的现象,设计出两大类合金铸钢轧辊材质,包括Cr系合金铸钢轧辊和以贝氏体为主的合金铸钢轧辊。在对材料进行改进和优化的基础上,对这两大类合金铸钢轧辊进一步进行耐磨性能、接触疲劳性能和热疲劳性能的研究,以确定最优成分和最佳热处理工艺,从而提高轧辊的使用性能。同时丰富了铸钢轧辊材质资源,为适应不同客户群的不同轧制条件作技术储备,为开发新的轧辊材质作指导。本文研究结果表明:（1）通过对Cr系合金铸钢轧辊中的2号和4号试样进行耐磨性能和接触疲劳性能研究分析得出:4号热处理工艺为淬火1100℃×50min油淬,回火520℃×75min空冷时,磨损失重量最小,耐磨性最佳;2号热处理工艺为960℃×50min油淬,520℃×75min回火后空冷时,接触疲劳性能最佳,特征寿命为1.8370×106周次。（2）通过对以贝氏体为主的合金铸钢轧辊中的6号和8号试样进行耐磨性能和接触疲劳性能研究分析得出:6号热处理工艺为900℃×1h奥氏体化空冷后320℃×1h等温淬火,250℃×2.5h回火后空冷时,磨损失重量最小,耐磨性最佳;8号热处理工艺为950℃奥氏体化,保温75min+320℃×1h等温淬火+250℃×2.5h回火时,接触疲劳性能最佳,特征寿命为1.3075×106周次。（3）通过对这两大类合金铸钢轧辊的热疲劳性能研究分析得出:Cr系轧辊材料具有较好的热疲劳性能。其中2号Cr含量为5%,热处理工艺为960℃×50min油淬,520℃×75min回火的热疲劳性能最好。铬含量增大到在8%时热疲劳性能下降。以贝氏体为主合金铸钢轧辊中,8号热处理工艺为950℃奥氏体化,保温75min+320℃×1h等温淬火+250℃×2.5h回火后空冷的热疲劳性能最好。通过试验研究及分析,确定各性能最佳的成分及热处理工艺为:（1）耐磨性能最好的成分及热处理工艺为:C:1.118%,Si:0.686%,Mn:0.661%,Cr:7.981%,Mo:0.529%,Ni:0.415%, V:0.150%。最佳热处理工艺:1100℃×50min油淬,回火520℃×75min空冷。（2）接触疲劳性能和热疲劳性能最好的成分及热处理工艺为:C:0.537%,Si:0.662%,Mn:0.671%,Cr:4.74%,Mo:0.458%,Ni:0.338%, V:0.129%。最佳热处理工艺:960℃×50min油淬, 520℃×75min回火后空冷。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 摩擦磨损的研究进展和机理
  • 1.2.1 摩擦磨损概述
  • 1.2.2 轧辊材料摩擦磨损的研究的提出
  • 1.2.3 摩擦磨损的机理
  • 1.3 接触疲劳的研究进展和机理
  • 1.3.1 接触疲劳概述
  • 1.3.2 接触疲劳的研究进展及机理
  • 1.4 本课题的研究内容及研究意义
  • 1.4.1 研究内容
  • 1.4.2 研究意义
  • 第二章 试验方案与实施
  • 2.1 合金元素在轧辊材料中的作用及材料成分的设计
  • 2.2 试样的制备
  • 2.2.1 试验用合金炉料成分
  • 2.2.2 试验设备及检测设备
  • 2.2.3 试样的熔炼与浇注
  • 2.2.4 试样
  • 2.3 试样的热处理工艺
  • 2.3.1 磨损试样的热处理工艺
  • 2.3.2 接触疲劳试样的热处理工艺
  • 2.4 微观分析
  • 2.4.1 微观组织观察及分析
  • 2.4.2 残余奥氏体及其含碳量的理论计算
  • 第三章 轧辊材料耐磨性的研究
  • 3.1 轧辊试样的耐磨性试验大纲
  • 3.1.1 试验目的
  • 3.1.2 试验研究内容
  • 3.1.3 MM-200 环-块式摩擦磨损试验机
  • 3.1.4 试样及试验方法
  • 3.2 试验结果及其耐磨性研究
  • 3.2.1 典型试样磨损前后的残余奥氏体定量分析
  • 3.2.2 不同工艺的磨损试样摩擦系数对比分析
  • 3.2.3 铬系合金铸钢轧辊材料结果分析及耐磨性研究
  • 3.2.4 贝氏体合金铸钢轧辊材料结果分析及耐磨性研究
  • 3.3 合金元素对合金铸钢轧辊组织和耐磨性能的影响
  • 3.3.1 硅锰含量对贝氏体合金铸钢轧辊组织和耐磨性能的影响
  • 3.3.2 铬含量对Cr系合金铸钢轧辊组织和耐磨性能的影响
  • 3.4 典型试样的微观分析及磨损机理
  • 3.4.1 典型试样的磨损形貌及机理
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 轧辊材料接触疲劳性能的研究
  • 4.1 试验原理及试验方法
  • 4.1.1 试样的安装与加载
  • 4.1.2 疲劳失效的判别
  • 4.1.3 试样及试样方法
  • 4.2 不同材质的合金铸钢轧辊的力学性能
  • 4.3 轧辊材料接触疲劳试样的微观组织及形貌
  • 4.3.1 原始组织分析
  • 4.3.2 典型疲劳试样疲劳微观组织分析
  • 4.3.3 典型试样疲劳形貌及疲劳机理分析
  • 4.3.4 疲劳前后残余奥氏体的定量分析及其对接触疲劳性能的影响
  • 4.4 接触疲劳实验的结果及数据分析
  • 4.4.1 接触疲劳试样的筛选
  • 4.4.2 接触疲劳寿命的表征
  • 4.4.3 Cr系轧辊材料接触疲劳实验数据分析
  • 4.4.4 贝氏体轧辊材料接触疲劳实验数据分析
  • 4.4.5 不同成分轧辊材料的接触疲劳试验数据分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 轧辊材料热疲劳寿命
  • 5.1 试样尺寸及试验方法
  • 5.1.1 试样
  • 5.1.2 试验方法
  • 5.2 热疲劳试样的热处理工艺
  • 5.3 试验结果及分析
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 主要结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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