軋輥表面激光合金化材料制備與性能分析.pdf

1、軋輥是軋制生產(chǎn)的重要部件,其表面的使用性能直接影響到軋輥的使用壽命。激光合金化是一種有效的軋輥強(qiáng)化工藝。在軋輥表面激光合金化中,鐵基、鎳基合金及硬質(zhì)合金堆焊材料一直得到廣泛的運(yùn)用。當(dāng)前軋輥激光合金化材料的選擇仍然面臨著一些問(wèn)題:主要是材料的選擇種類(lèi)偏少,沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的適用于激光合金化工藝的材料,且目前使用的材料普遍無(wú)法滿(mǎn)足熱軋輥表面在高溫下的使用性能,合金層的剝落與開(kāi)裂始終較為嚴(yán)重。這些都極大的影響了軋輥表面激光合金化技術(shù)的發(fā)展。因此,

2、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種適用于當(dāng)前激光工藝的熱軋輥修復(fù)材料顯得十分重要。
　　本文研究設(shè)計(jì)出一種新型的鈷基高溫合金粉末材料。粉末以Co元素為主,根據(jù)合金化層固溶強(qiáng)化及碳化物強(qiáng)化等機(jī)理,結(jié)合鈷基合金材料設(shè)計(jì)的一般原則,在合金粉末中添加適量的WC、Cr3C2、Cr、Mo、Si、B、Ni等微納顆粒,通過(guò)相計(jì)算法來(lái)控制有害相的析出,確保粉末配方的平均電子濃度在合理范圍,結(jié)合后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析,證明了粉末配方的合理性,并命名為 Co-Cr3。采用實(shí)驗(yàn)室自主研

3、發(fā)的環(huán)形光光內(nèi)送粉噴頭及機(jī)器人控制系統(tǒng),調(diào)整工藝參數(shù),在球墨鑄鐵表面得到了低裂紋率,無(wú)氣孔的表面合金化層。分析試樣表層微觀組織結(jié)構(gòu):由表及里依次可分為三個(gè)組織結(jié)構(gòu)互異的區(qū)域:熔化區(qū)、熱影響區(qū)、基體區(qū)。熔化區(qū)的組織是具有定向特征的枝晶組織,分布致密均勻。結(jié)合EDS與XRD分析,枝晶上相組成為多種碳化物,包括(Cr,Fe)7C3,(Cr, Fe)23C6等,枝晶間是滲碳體相Fe3C、馬氏體及奧氏體固溶體的混合組織。熱影響區(qū)組織為少量球狀石墨

4、、馬氏體及殘余奧氏體組織。Co-Cr3合金化層顯微硬度分析表明,常溫下合金化層的橫向平均顯微硬度為711.7HV0.5,縱向平均顯微硬度為707.9HV0.5,無(wú)局部硬度突變,為球墨鑄鐵基體硬度的兩倍,且硬度分布相比于碳化硼合金層更加均勻;進(jìn)一步分析,合金化層的橫向及縱向硬度值分布規(guī)律與其組織結(jié)構(gòu)分布規(guī)律是一致的,在重熔搭接區(qū)雖然出現(xiàn)了硬度的下降,但是降低幅度很小,整體硬度及使用性能依然維持較高的水平。Co-Cr3合金化層摩擦磨損試驗(yàn)分

5、析表明,常溫、480℃及800℃下,合金化層的平均摩擦系數(shù)分別為0.345、0.342和0.259。且在800℃下,球墨鑄鐵基體與碳化硼涂層的磨損量分別為Co-Cr3合金層的7.56倍、3.54倍,使用Co-Cr3預(yù)涂合金后的軋輥表面具有較好的減磨耐磨性能。將Co-Cr3合金運(yùn)用于沙鋼冶金熱軋輥激光合金化,取得了顯著的效果:一是提高了單槽軋制量,軋輥的平均單槽軋制量相比碳化硼合金提高了一倍以上;二是提高了軋機(jī)的工作效率,使用Co-Cr3