摘要
冶金轧辊是使金属产生塑性变形的工具,是决定轧机效率和轧材质量的重要大型消耗性部件。因此,提高轧辊耐磨性、延长轧辊的使用寿命对降低辊耗至关重要。近年来,高速钢因其红硬性和耐磨性好等优点被用于制造新一代复合轧辊。
激光熔覆技作为一种新兴的表面处理技术,最大优点是可以制备致密的冶金结合涂层,从而改善基体的性能。本文旨在利用激光熔覆技术在轧辊表面制备具有冶金结合、组织致密和耐磨性能优良的高速钢涂层,提供一种制备复合轧辊或修复轧辊的新途径。
本文以球墨铸铁轧辊作为研究对象,探索利用YAG固体脉冲激光器和C02激光器在其表面制备高速钢涂层的可行性。通过激光工艺参数的优化,制备出具有良好冶金结合的涂层。利用光学显微镜(0M)、附带能谱仪(EDAX)的扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)显微硬度计以及高温摩擦磨损试验机等测试分析设备,对所制备涂层的微观组织、成分、相组成、硬度、磨损和高温氧化性能进行了研究。
釆用Nd:YAG脉冲激光器对预置了高速钢粉木的球墨铸铁基体进行激光熔覆处理。单道实验得到优化后的高速钢激光熔覆工艺参数为:脉冲电流240A、扫描速度3.0mm/s、离焦量13mm、预置涂层厚度0.5mm、激光脉冲频率15Hz、脉宽3.0ms。多道搭接实验结果表明,制备的熔覆层组织致密,与基体形成了冶金结合,部分区域存在裂纹,主要强化相为WC^X和V4C3。熔覆层平均硬度可达600HV,是基体(300HV)的2倍。
采用大功率co2激光器对预置了高速钢粉末的球墨铸铁基体进行激光熔覆处理。单道实验得到优化后的T15高速钢激光熔覆工艺参数为:功率1800W、扫描速度6.0mm/s、离焦量340mm、预置涂层厚度1mm。多道搭接实验结果表明,制备的溶覆层组织致密,无气孔、裂纹等缺陷。在界面处有明显白亮带生成,这说明熔覆层与基体已达到冶金结合。此时得到的激光熔覆层最高硬度可达750HV,是基体的2.5倍;500°C高温磨损30分钟质量损失率约为球墨铸铁基体的40%,具有优异的抗高温氧化性能。YT熔覆层抗高温氧化性能更加优异,耐磨性较差。
关键词:激光熔覆;高速钢轧辊;涂层;工艺优化;组织性能
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