基于激光熔覆技术的轧辊再制造研究

发布时间：2017-10-05 15:05

  本文关键词：基于激光熔覆技术的轧辊再制造研究

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【摘要】：轧辊是轧钢设备中的关键零部件,轧辊在工作过程中受到巨大的挤压剪切应力作用,热轧辊还要同时经受高温氧化腐蚀的恶劣工况。轧辊表面在这种复杂的工况下极易产生磨损、裂纹、剥落等破坏形式,最终导致失效,轧辊的损伤失效不仅影响坯件的质量、降低企业的生产效率,更会增加钢材的生产成本。为了延长轧辊的使用寿命和节约生产成本,通常在损伤轧辊表面涂覆一层能够满足使用要求的高强度合金材料。本文利用激光熔覆的技术优势,自行设计两种高强度合金粉末,通过大量的实验分析,论证了两种合金粉末用于半钢轧辊再制造的可行性。主要研究内容如下:对本研究应用的大功率半导体激光器组成、参数及光源特性进行了分析,分析了轧辊的主要损伤失效形式,为轧辊的激光熔覆再制造奠定基础。利用ANSYS的APDL参数化程序对轧辊激光熔覆再制造过程进行了数值模拟,对熔覆过程中产生的温度场及应力场进行了研究分析,同时对冷却后产生的残余应力场进行了分析。从数值模拟角度论证了轧辊激光熔覆再制造的可行性。分析了140Cr Ni Mo半钢轧辊的元素组成及物理属性,根据已有的激光熔覆材料和工程实际经验,结合熔覆层合金粉末的设计原则设计出了两种高强度合金粉末。采用单一变量的实验方法,分别研究了熔覆工艺中的激光功率、扫描速度、送粉速度及搭接率对熔覆层质量的影响,优化了激光熔覆工艺参数,最终得出了一个较优的工艺参数。根据自行设计的高强度合金粉末及熔覆工艺,利用大功率半导体激光器对熔覆层进行了制备。通过显微硬度实验、冲击实验、摩擦磨损实验、常温拉伸实验及热模拟实验对两熔覆层的力学性能进行了测试分析,并对两熔覆层的断口形貌及金相组织进行了分析,从宏观及微观的角度得出了两熔覆层的综合性能,论证两种合金粉末用于140Cr Ni Mo半钢轧辊激光熔覆再制造的可行性。
【关键词】：轧辊 激光熔覆 再制造 熔覆层 力学性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG333.17;TG665
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 轧辊的损伤形式及再制造10-15
• 1.2.1 轧辊的损伤形式10-13
• 1.2.2 轧辊的再制造13-15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.3.1 激光熔覆技术研究现状15-16
• 1.3.2 轧辊再制造的研究现状16-17
• 1.4 本文主要研究的内容17-18
• 第2章 激光熔覆技术及轧辊再制造的数值模拟18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 激光熔覆技术18-19
• 2.2.1 激光熔覆原理18-19
• 2.2.2 激光熔覆工艺19
• 2.3 大功率半导体激光器19-23
• 2.3.1 大功率半导体激光器熔覆系统19-21
• 2.3.2 半导体激光器光斑21-23
• 2.4 ANSYS有限元分析23-25
• 2.4.1 ANSYS介绍23-24
• 2.4.2 ANSYS分析流程24-25
• 2.5 瞬态温度场及应力场分析25-30
• 2.5.1 模型建立及网格划分25
• 2.5.2 瞬态温度场分析25-28
• 2.5.3 熔覆过程残余应力的计算28
• 2.5.4 瞬态应力场分析28-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 熔覆层材料设计及熔覆工艺制定31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 轧辊材料分析31-32
• 3.2.1 轧辊材料成分分析31
• 3.2.2 轧辊材料物理性能分析31-32
• 3.3 激光熔覆材料32-34
• 3.4 熔覆层合金粉末设计34-36
• 3.4.1 熔覆层粉末设计原则34-35
• 3.4.2 熔覆层材料设计35-36
• 3.5 激光熔覆工艺的制定36-40
• 3.5.1 功率对熔覆质量的影响37-38
• 3.5.2 扫描速度对熔覆质量的影响38
• 3.5.3 送粉速度对熔覆质量的影响38-39
• 3.5.4 搭接率对熔覆质量的影响39-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第4章 轧辊再制造的实验研究42-62
• 4.1 引言42
• 4.2 熔覆层的制备42-43
• 4.3 力学性能测试43-54
• 4.3.1 显微硬度测试43-46
• 4.3.2 冲击韧性测试46-47
• 4.3.3 耐磨性能测试47-50
• 4.3.4 拉伸性能测试50-52
• 4.3.5 热模拟实验52-54
• 4.4 断口实验分析54-57
• 4.4.1 宏观断口分析54-55
• 4.4.2 微观断口分析55-56
• 4.4.3 微观断口成分分析56-57
• 4.5 金相组织分析57-60
• 4.6 半钢轧辊的激光熔覆再制造实践60-61
• 4.7 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果67-68
• 致谢68-70
• 作者简介70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 姚成武;徐滨士;黄坚;张培磊;李铸国;吴毅雄;;铁基合金激光熔覆层裂纹控制的组织设计[J];中国表面工程;2010年03期

2 孙桂芳;刘常升;陈岁元;陶兴启;;轧辊的失效及其修复技术[J];材料导报;2007年06期

3 张晓伟;刘洪喜;蒋业华;王传琦;曾维华;;Ti6Al4V合金表面激光熔覆功能复合涂层研究进展[J];稀有金属材料与工程;2012年01期

4 李长生,刘相华,王国栋,杨光;热带轧机轧辊表面氧化膜疲劳脱落的有限元分析[J];东北大学学报;2002年09期

5 王华昌;郑春光;汤育玺;张中圣;;热锻模表面激光熔覆金属陶瓷覆层的试验研究[J];锻压技术;2008年04期

6 邱星武;张云鹏;刘春阁;;激光熔覆Ni基合金耐磨性能[J];稀有金属材料与工程;2012年S2期

7 赵洪运;舒凤远;张洪涛;杨贤群;;基于生死单元的激光熔覆温度场数值模拟[J];焊接学报;2010年05期

8 李春彦,张松,康煜平,刘常升;综述激光熔覆材料的若干问题[J];激光杂志;2002年03期

9 黄开金;林鑫;陈池;谢长生;;AZ91D镁合金表面激光熔覆Zr-Cu-Ni-Al/TiC复合粉末的组织与磨损[J];中国激光;2007年04期

10 郭永利;梁工英;李路;;铝合金的激光熔覆修复[J];中国激光;2008年02期

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本文编号：977447