挤压辊堆焊层抗压缩疲劳性能研究

发布时间：2020-11-02 03:28

　　 在水泥生产中,水泥辊压机挤压辊的耐磨堆焊层由于长期受周期压缩应力的作用,容易发生疲劳磨损失效。因此,研究堆焊层的抗压缩疲劳性能对于提高挤压辊的使用寿命具有重大意义。本文在45钢母材上利用自制改变石墨添加量的自保护药芯焊丝进行堆焊,研究了堆焊层金属的成分、组织、硬度及抗压缩疲劳性能,主要试验结果如下:(1)随着焊丝每公斤药芯粉末中石墨添加量由0g至100g变化,堆焊层中C含量由0.51wt.%不断升高至1.65wt.%,Cr、Nb、Mn等主要合金元素含量基本保持稳定。对试样进行显微组织分析表明,堆焊层C含量最低时,显微组织由铁素体+颗粒状NbC组成,由于铁素体硬度很低,堆焊层的硬度也处于较低水平,平均硬度为37.2HRC。随着堆焊层中C含量的增加,堆焊层的显微组织中铁素体减少,马氏体增多,而NbC的数量由于C含量的增加而增多,尺寸也相应变大,至堆焊层中C含量为1.36wt.%时,显微组织主要为马氏体+残余奥氏体+粗大四边形NbC,因此堆焊层的硬度达到最高,平均硬度为63.9HRC。继续提高堆焊层C含量,堆焊层的显微组织中马氏体减少,独立奥氏体增多,由于奥氏体的硬度较低,因此堆焊层硬度随之开始降低,至堆焊层中C含量达到1.65wt.%时,堆焊层的显微组织全部由奥氏体+四边形NbC组成,堆焊层的平均硬度最低,为36.5HRC。(2)为了合理设计压缩疲劳试样,从而使试样在进行压缩疲劳试验时既能满足高周疲劳的试验要求又可以缩短试验周期,降低循环加载次数,利用有限元分析对无缺口、单缺口及双缺口三种压缩疲劳试样的加载过程进行应力应变分析并进行实测验证,对三种压缩疲劳试样进行了对比分析。结果表明,三种压缩疲劳试样疲劳裂纹的萌生和扩展方向都类似,均与压缩应力的加载方向呈一个倾角。试样中的缺口可以加速裂纹的萌生与扩展,其中,双缺口压缩疲劳试样对试验进程的加速最为明显。同时,疲劳裂纹通常优先在缺口末端处萌生并发生扩展,有利于对疲劳试样进行观察记录。在绘制a-N曲线对疲劳试样的裂纹进行分析时,无缺口压缩疲劳试样及双缺口压缩疲劳试样的a-N曲线规律比较接近,均呈直线型,而单缺口压缩疲劳试样的a-N曲线具有明显的阶段性,曲线可以分为快速扩展阶段及慢速扩展阶段,与无缺口试样差别较大。为了保证在尽量符合实际工况的前提下加速试验的进行,因此选用双缺口压缩疲劳试样进行压缩疲劳试验。(3)利用自行设计的压缩疲劳试验机对改变石墨添加量的焊丝所对应的堆焊试样进行压缩疲劳试验,并将不同试样中疲劳裂纹扩展至大于临界长度6mm的循环加载次数相比较,从而研究堆焊层中C含量对堆焊层抗压缩疲劳性能的影响。结果表明,堆焊层C含量最低时,试样在经过48万次循环加载后疲劳裂纹扩展至6329μm,堆焊层抗压缩疲劳性能良好。随着堆焊层C含量的逐渐升高,抗压缩疲劳性能逐渐降低,至堆焊层C含量为1.36wt.%时,试样在经过5万次循环加载后疲劳裂纹扩展至7303μm。继续提高堆焊层C含量,抗压缩疲劳性能得到改善,至堆焊层C含量为1.65wt.%时,试样在经过54万次循环加载后疲劳裂纹扩展至6728μm。即随着堆焊层中C含量的逐渐增加,堆焊层的抗压缩疲劳性能呈先降低后升高的趋势,该趋势与试样的硬度变化趋势呈负相关,硬度低的堆焊层抗压缩疲劳性能较好,硬度高的堆焊层抗压缩疲劳性能较差。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG455
【部分图文】：

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本文编号：2866505