基于Ni60A+TiC激光溶覆修复强化热轧辊的工艺参数优化

摘要

轧辊是我国冶金行业的第一大耗材，热轧辊的消耗远大于冷轧辊，延长热轧辊的使用寿命、修复破坏区域是降低辊耗的关键。激光熔覆技术可以针对不同的零部件性能需求来设计熔覆粉末配比，因而可以用于热轧辊局部选区修复。对于利用激光熔覆技术修复强化热轧辊来提高其使用寿命的技术研究有重要的意义，本文的主要内容如下:
　　首先，制备了Ni60A+TiC熔覆层并对其组织性能进行了分析研究。基于激光熔覆制备涂层的机理，针对热轧辊磨损、热疲劳失效问题，运用正交试验法制备了三种不同配比的Ni60A+TiC熔覆层，开展了熔覆层组织形貌、物相和硬度的分析并进行工艺参数优化。研究表明:添加适量TiC使熔覆层组织更细小、致密;熔覆层的显微硬度均显著提高，最高达到了815.5HV0.3。
　　其次，开展了Ni60A+TiC熔覆层摩擦磨损试验研究。分析了不同工艺参数对熔覆层耐磨损性能的影响，并通过正交试验法寻求针对耐磨性的最佳工艺参数组合。研究表明:激光功率对熔覆层耐磨性影响最大，当激光功率一定时，TiC硬质相颗粒添加比例越高，熔覆层的耐磨性越好。
　　再次，开展了Ni60A+TiC熔覆层耐热疲劳性能的试验研究。分析了不同粉末配比熔覆层热疲劳裂纹萌生与扩展的规律，优化得出针对耐热疲劳性的最佳工艺参数组合。研究表明:基体的热疲劳失效形式为氧化剥落和裂纹扩展形成网状裂纹，熔覆层的热疲劳失效形式主要为主裂纹扩展。
　　最后，综合分析不同配比及工艺参数对Ni60A+TiC熔覆层性能的影响并寻求最佳的工艺参数组合。优化结果表明:熔覆层在具备较高的硬度和耐磨性的基础上，还能兼顾良好的耐热疲劳性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究背景

1．2 热轧辊的失效分析

1．2．1 热轧辊概述

1．2．2 工作条件与用材分析

1．2．3 失效形式

1．3 传统表面修复置化技术

1．3．1 堆焊技术

1．3．2．热喷涂技术

1．3．3 气相沉积技术

1．3．4 感应加热淬火技术

1．4 激光熔覆技术的研究现状

1．4．1 激光熔覆技术的特点

1．4．2 激光熔覆技术存在的问题

1．4．3 激光熔覆技术的应用现状

1．4．4 激光熔覆技术修复强化热轧辊的研究现状

1．5 本文主要研究内容

第二章 激光熔覆技术机理研究

2．1 激光对金属材料的热效应

2．2 激光与金属材料的交互作用

2．2．1 固态交互作用

2．2．2 液态交互作用

2．2．3 气态交互作用

2．3 熔池的对流机制和模型

2．3．1 熔池的对流模型

2．3．2 影响熔池对流的因素

2．3．3 熔池深度的计算

2．4 小结

第三章 激光熔覆制备Ni60A+TiC涂层的试验研究

3．1 引言

3．2 激光熔覆的试验设计

3．2．1 正交试验设计基本原理

3．2．2 激光熔覆的试验设计

3．2．3 试验材料

3．2．4 试验设备

3．3 熔覆层宏观形貌

3．4 熔覆层物相组成

3．5 熔覆层显微组织

3．5．1 熔覆层横截面显微形貌

3．5．2 Ni60A熔覆层显徽组织

3．5．3 Ni60A+5％TiC熔覆层显微组织

3．5．4 Ni60A+15％TiC熔覆层显微组织

3．6 正交试验的结果分析

3．6．1 正交试验的直观分析

3．6．2 熔覆层显微硬度分析

3．6．3 针对硬度的工艺参数优化

3．7 小结

第四章 激光熔覆层的磨损性能研究

4．1 引言

4．2 摩擦磨损简介

4．2．1 磨损的分类

4．2．2 材料磨损性能的表征方法

4．2．3 影响磨损的因素

4．3 试样尺寸和试验方法

4．4 摩擦磨损试验结果分析

4．4．1 磨损量的分析

4．4．2 摩擦系数的分析

4．4．3试样表面微观形貌的分析

4．4．4 正交试验的直观分析

4．4．5 针对耐磨性的工艺参数优化

4．5 小结

第五章 激光熔覆层的热疲劳性能研究

5．1 引言

5．2 热疲劳裂纹形成的机理

5．2．1 热疲劳概述

5．2．2 热疲劳理论分析

5．2．3 热疲劳裂纹萌生机理

5．2．4 影响材料热疲劳性能的因素

5．3 试样尺寸和试验方法

5．4 熔覆层热疲劳试验结果与分析

5．4．1 热疲劳微观形貌分析

5．4．2 热疲劳裂纹萌生与扩展分析

5．4．1 针对耐热疲劳性能的工艺参数优化

5．5 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与专利