軋輥激光表面強(qiáng)化研究及數(shù)值模擬.pdf

1、本文以大型軋輥為主要研究對(duì)象,采用激光強(qiáng)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(qiáng)化處理,并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn),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(duì)激光強(qiáng)化過程中軋輥熱處理的溫度場分布進(jìn)行了二維分析和計(jì)算,得到比較滿意的結(jié)果.(1)75CrMnMo、70Mn2軋輥激光熔凝強(qiáng)化處理后硬化效

2、果顯著,淬硬層的深度可達(dá)2mm,硬化區(qū)內(nèi)最高峰值可達(dá)800HV<,0.2>以上,強(qiáng)化后硬度有明顯提高,耐磨性有大幅度的上升.經(jīng)過激光熔凝強(qiáng)化處理后的軋輥經(jīng)實(shí)際使用,過鋼量可達(dá)到4800-6000噸,而激光未強(qiáng)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(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本.(2)高鉻鋼激光相變強(qiáng)化時(shí)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(dá)到900HV.硬度和耐磨性都相應(yīng)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(diǎn)主要表現(xiàn)在極易出現(xiàn)熔化區(qū),這會(huì)導(dǎo)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(yán)格控制激光相變硬化處理工藝參數(shù)都是使工件表面不產(chǎn)生或產(chǎn)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(yīng)的提高.(5)高鎳鉻鑄鐵軋輥含碳量比較高(約3.2％),熔點(diǎn)較低(1350℃),對(duì)激光強(qiáng)化工藝參數(shù)比較敏感.(6)半鋼軋輥熔點(diǎn)較低,激光強(qiáng)化處理時(shí)容易出現(xiàn)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(dá)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(qiáng)化過程的溫度場分析程序,實(shí)現(xiàn)了求解過程的自動(dòng)化.研究了給定激