轧辊表面激光合金化的研究

论文摘要

轧辊的质量和使用寿命,直接关系到轧制生产的效率、产品质量及生产成本,一旦轧辊表面磨损失效,整个轧辊将报废,造成巨大的材料浪费。因此提高轧辊的耐磨性具有经济和社会效益。近年来,广泛采用感应加热淬火、堆焊、热喷焊、热喷涂等方法提高轧辊表面耐磨性,但制备的耐磨涂层与基体不能形成良好的冶金结合。激光表面合金化作为一种新兴的表面技术,最大优点是可以制备完全致密的冶金结合涂层,从而改善基体的耐磨性。本文旨在利用激光合金化技术在热轧辊表面制备具有冶金结合界面、组织致密和耐磨性能优良的涂层,为激光合金化修复和强化轧辊表面提供有效的理论指导,并为其今后发展应用提供一定的技术支持。本文以70MnV铸钢、球墨铸铁热轧辊作为研究对象,采用大功率CO2激光器对其表面进行了激光合金化处理。通过激光工艺参数的优化,制备出具有良好冶金结合的耐磨涂层。利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）及附带的能谱仪（EDAX）、X-射线衍射仪（XRD）、高温摩擦磨损试验机以及显微硬度计等测试分析设备,对所制备涂层的微观组织、成分、相组成、耐磨性能进行了系统的研究。采用高功率CO2激光器对预涂NiCr-Cr3C2粉末的70MnV铸钢轧辊进行激光表面合金化处理。优化工艺参数为：激光功率4kW、光斑直径1.5mm、搭接率33.3%,扫描速度2.2m/min。此时,可得到外观致密、组织均匀,与基体形成良好的冶金结合且无裂纹、气孔等缺陷的合金化层。此时激光合金化层的厚度为0.4798mm,平均显微硬度为858HV,是基体的2.6倍。500℃高温磨损实验结果表明,此合金化层的耐磨性能是铸钢轧辊基体的8.4倍。在球墨铸铁轧辊上预涂C-B-W-Cr粉末,用高功率CO2激光器进行合金化处理。优化工艺参数为：激光功率4kW、扫描速度4m/min、光斑直径1.5mm、搭接率36.7%。此时得到的激光合金化层的厚度为0.3670mm,平均硬度为1201HV,是基体的2.4倍。500℃高温磨损实验结果表明,此合金化层耐磨性能是球墨铸铁基体的1.6倍。耐磨性提高的原因是：合金化层组织细小,转变组织的缺陷密度较高,内应力较大,故组织的显微硬度得到显著提高；存在合金化层内马氏体及一定数量弥散分布的碳化物等硬质相的强化作用；存在合金层内合金元素的固溶强化作用；残余奥氏体的存在。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 轧辊
• 1.2.1 热轧辊使用工况及材料性能要求
• 1.2.2 轧辊失效形式
• 1.3 轧辊的表面处理技术
• 1.3.1 堆焊技术
• 1.3.2 感应加热淬火技术
• 1.3.3 热喷涂技术
• 1.3.4 热喷焊技术
• 1.3.5 激光表面改性技术
• 1.4 激光表面合金化
• 1.4.1 激光合金化概述
• 1.4.2 影响激光合金化的因素
• 1.4.3 激光纳米陶瓷合金化技术
• 1.4.4 轧辊激光表面合金化的国内外研究现状及存在问题
• 1.5 激光合金化裂纹的产生及抑制
• 1.6 本文研究内容及目的
• 第2章 实验材料和研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 基体材料
• 2.1.2 涂层材料
• 2.2 试样制备
• 2.3 实验检测手段及设备
• 2.3.1 涂层显微组织的表征
• 2.3.2 涂层物相的检测
• 2.3.3 涂层显微硬度的测量
• 2.3.4 涂层耐磨性能的检测
• 第3章 铸钢轧辊激光表面合金化试验结果与分析
• 3.1 引言
• 3.2 工艺参数对合金化层质量的影响
• 3.2.1 扫描速度对合金化层显微组织的影响
• 3.2.2 扫描速度对合金化层硬度的影响
• 3.3 X射线衍射物相分析
• 3.4 摩擦磨损试验
• 3.5 分析与讨论
• 3.6 本章小结
• 第4章 球墨铸铁轧辊激光表面合金化实验结果与分析
• 4.1 引言
• 4.2 工艺参数对合金化层质量的影响
• 4.2.1 预涂合金化层厚度的影响
• 4.2.2 综合工艺参数（激光比能量）对合金化层质量的影响
• 4.2.3 综合工艺参数（激光比能量）对合金化层硬度的影响
• 4.3 优化工艺参数下X射线衍射物相分析
• 4.4 摩擦磨损试验
• 4.5 分析与讨论
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢