弯管机辊轴表面硬化处理机理及磨损性能研究

摘要

在建筑、火电安装、仓库、码头等施工现场，弯管机被广泛使用。在弯管过程中辊轴和模头(弯胎)表面不能有过分的损伤，否则将影响管道的使用性能。辊轴和模头的磨损主要是与钢管之间的滑动摩擦引起的，而引起磨损的主要因素是弯管压力、辊轴和模头与工件之间的硬度差、辊轴和模头与工件之间的摩擦系数等。辊轴和模头表面的磨损直接影响弯管质量和加工成本。 本文针对弯管机辊轴及模头严重磨损的实际问题，采用激光技术和等离子弧淬火技术对辊轴及模头材料40Cr合金钢表面进行了高能量密度表面改性试验研究，并论述了激光各工艺参数(激光功率、扫描速度和光斑尺寸等)对其相变组织、深度和硬度的影响。用不同处理方式的40Cr合金钢与钢管常用材料冷轧Q235钢组成摩擦副，在干摩擦和油润滑状态下进行了磨损试验研究。通过干摩擦和油润滑状态下的磨损试验研究，比较了两种高能量密度表面改性处理的材料性能，为辊轴及模头的合理使用及加工提供了依据。本文研究的成果主要有： (1)采用CO<,2>激光器和等离子弧淬火对40Cr钢进行表面相变硬化试验。研究结果表明，40Cr表面产生硬化的机理主要是材料表面瞬间产生高温，冷却速度快，表面金相组织由原来的珠光体转变成马氏体。 (2)对40Cr进行激光硬化和等离子弧淬火后，与冷轧Q235钢配副进行了干摩擦和润滑油润滑磨损试验研究。通过干摩擦与油润滑条件下的平均磨损速率对比可以看到，在油润滑条件下，激光处理40Cr耐磨性可以提高约23倍。等离子加工40Cr耐磨性可以提高约13倍。加入润滑油后，大大减少了磨损量，有利于提高弯管质量。 (3)对40Cr表面分别进行了常规处理，等离子弧淬火和激光处理，通过对比试验研究，结果表明，两种高能量密度处理表面硬度大于常规处理表面，通过高能量密度处理可以提高合金钢表面耐磨性，提高辊轴及模头的使用寿命。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本课题研究的意义

1.2国内外高能密度表面技术研究现状及发展趋势

1.2.1国内外激光加工研究现状及发展趋势

1.2.2国内外等离子弧表面淬火技术研究现状及发展趋势

1.3高能量密度表面热处理技术特点

1.3.1激光相变理论及硬化表面磨损机理

1.3.2等离子弧热处理技术的优势

1.4 WYQ电动液压弯管机及结构示意图

1.5本文所做的研究工作

2表面硬化机理及试验条件

2.1激光及等离子弧相变硬化机理

2.1.1激光相变硬化原理

2.1.2等离子弧淬火相变硬化原理

2.2试验设备

2.2.1激光试验设备

2.2.2等离子弧表面淬火设备

2.2.3磨损试验设备

2.2.4分析测量仪器

2.3试验材料

2.4表面分析方法

2.4.1激光硬化及等离子弧淬火表面分析

2.4.2磨损表面分析

3 40Cr合金钢表面硬化处理及磨损试验

3.1 40Cr激光硬化试验结果分析

3.1.1激光工艺参数对组织转变的影响

3.1.2激光工艺参数对硬化层深度和硬度影响

3.2 40Cr等离子弧淬火硬化试验结果分析

3.3高能量密度处理与常规处理对比研究

3.4 Q235碳素结构钢与激光处理40Cr磨损试验

3.4.1 Q235与激光处理40Cr干摩擦试验

3.4.2 Q235与激光处理40Cr油润滑磨损试验

3.5 Q235碳素结构钢与等离子弧淬火40Cr磨损试验

3.5.1 Q235碳素结构钢与等离子弧淬火40Cr干摩擦试验

3.5.2 Q235与等离子弧淬火40Cr油润滑磨损试验

3.6激光处理与等离子弧淬火加工40Cr磨损试验结果讨论

3.6.1激光处理与等离子弧淬火加工40Cr磨损试验结果对比

3.6.2润滑油对摩擦副的润滑作用

4 40Cr钢激光熔覆及磨损试验研究

4.1熔覆区金相组织分析

4.2 Q235与熔覆合金磨损试验

4.2.1 Q235与熔覆合金干摩擦

4.2.2 Q235与熔覆合金油润滑试验

5结论

参考文献

在学研究成果

致谢