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激光强化轧辊 硬度提高到60HRC以上

导读: 本文对750mm×900mm的合金球墨铸铁热轧辊进行了激光表面强化处理,处理后使轧辊表面的硬度较基体硬度提高了29~39HRC,达到60HRC以上。

  热轧辊是轧制生产的关键部件,其中,合金球墨铸铁轧辊因具有良好的导热和抗热疲劳能力而常被用作中轧过渡道次轧辊。这些轧辊不仅工作时受到较大的工作压力及冲击作用,而且表面直接和高于1000℃的的高温轧材接触,因而容易导致磨损和热疲劳。大型轧钢机的轧辊,尺寸大、精度高、价格昂贵,频繁的更换致使钢厂的吨钢轧辊成本相当高昂。因而,采用适当的工艺对轧辊表面进行强化处理,提高工作表面的耐磨性和抗热疲劳性,是目前钢铁企业降低成本、提高工效的有效措施。本文对750mm×900mm的合金球墨铸铁热轧辊进行了激光表面强化处理,处理后使轧辊表面的硬度较基体硬度提高了29~39HRC,达到60HRC以上。经过一年多生产实践证明,激光表面处理后的球铁轧辊的过钢量从原来的11500吨提高到29000~33000吨;是原过钢量的2.52~2.87倍,且轧辊表面磨损均匀,强化效果十分明显。这样不仅大大降低了轧钢成本,减少了停机换辊时间,提高了轧机的生产效率,而且降低了轧钢工人的劳动强度,获得了显著的经济效益和社会效益。

  试验表明,采用2.4千瓦的激光功率,5毫米直径的激光光束,每秒7毫米的扫描速度,可以获得深达1.69毫米的表面硬化层,硬度可达62HRC。其显微组织由0.23毫米厚的熔凝层与1.46毫米厚的相变层所组成。最表面的熔凝层组织较复杂,由于激光处理时碳化物基本溶解,造成组织中碳和合金元素Cr,Ni含量较高,在随后冷却转变中形成胞状奥氏体组织,残留奥氏体量很多,硬度值波动较大。相变层的硬度值达到最大,而且在整个厚度区基本保持一致。这是因为该区域在快速加热下仍保留了较多的碳化物,并使其呈细小的分布状态,随后冷却时组织转变为高碳马氏体和较少量的残留奥氏体,故硬度值较高。值得指出的是,硬化层的硬度分布几乎无变化梯度,这对提高零件的耐磨损寿命十分重要。常规热处理硬化层的硬度从表面到内部有明显的硬度下降梯度,表面硬度最高,耐磨性最好,但随着服役时间增加,表面逐渐被磨去,接触面的硬度值逐渐降低,磨损随之加剧,最终导致因磨损量过大而失效。而激光淬火的硬化层硬度值保持在高值,当表面磨去后,新的接触面的硬度值并未下降,耐磨性仍然很好,因而不会发生磨损随之加剧的现象,大大提高了耐磨损寿命。另一方面,相变硬化层里还具有较高的压应力,这也有利于改善轧辊的耐磨性和抗热-机械疲劳性。

  轧辊的激光表面处理工艺简单易行,成本低廉,具有很好的应用前景。但是,处理后的硬化层内容易产生裂纹,这是由于轧辊体积庞大,冷却速度很大,轧辊表层的残余应力很大的结果。合理选择激光功率、扫描速度等工艺参数以避免裂纹的产生是该方法必须注意的关键。

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