軋輥激光表面強化研究及數值模擬.pdf

1、本文以大型軋輥為主要研究對象,采用激光強化方式研究了75CrMnMo、70Mn2、高鉻鋼、高碳高鉻鐵、合金鋼、高鎳鉻鑄鐵、半鋼等7種軋輥材料,其中75CrMnMo、70Mn2軋輥材料采用激光熔凝強化處理,并應用于實際生產,而其余5種軋輥材料則采用激光相變硬化處理.利用著名的有限元分析軟件Ansys對激光強化過程中軋輥熱處理的溫度場分布進行了二維分析和計算,得到比較滿意的結果.(1)75CrMnMo、70Mn2軋輥激光熔凝強化處理后硬化效

2、果顯著,淬硬層的深度可達2mm,硬化區(qū)內最高峰值可達800HV<,0.2>以上,強化后硬度有明顯提高,耐磨性有大幅度的上升.經過激光熔凝強化處理后的軋輥經實際使用,過鋼量可達到4800-6000噸,而激光未強化前過鋼量在2000噸左右,即過鋼量可以提高1.5倍以上,從而有效地延長了換輥周期,提高了生產效率,降低了生產成本.(2)高鉻鋼激光相變強化時極易發(fā)生表面熔化,必須控制激光功率和掃描速率.在激光相變硬化處理中,硬度可以由基材的550

3、HV提高到750-800HV,峰值可以達到900HV.硬度和耐磨性都相應地得到提高.(3)高碳高鉻鐵激光相變硬化熱處理有一定效果,難點主要表現在極易出現熔化區(qū),這會導致生成微裂紋和大量的殘余奧氏體,使該區(qū)的硬度降低.深冷處理、低溫回火二次析出硬化、嚴格控制激光相變硬化處理工藝參數都是使工件表面不產生或產生深度較淺的微熔的有效措施.(4)合金鋼軋輥用鋼激光相變硬化處理后硬化效果比較明顯,其硬度可由基體的426~482HV提高到淬硬區(qū)的78

4、6~793HV,且硬度分布的規(guī)律性較好,硬度值的分散度比較小,其耐磨性也有相應的提高.(5)高鎳鉻鑄鐵軋輥含碳量比較高(約3.2％),熔點較低(1350℃),對激光強化工藝參數比較敏感.(6)半鋼軋輥熔點較低,激光強化處理時容易出現熔化區(qū),且熔化區(qū)的硬度較低,一般略低于母材的硬度.淬硬區(qū)的硬度比較高,硬度值可達HV800左右.(7)利用有限元中的二次開發(fā)語言APDL開發(fā)了激光強化過程的溫度場分析程序,實現了求解過程的自動化.研究了給定激