液芯大压下轧机轧辊热障涂层制备工艺

发布时间：2017-04-04 15:01

  本文关键词：液芯大压下轧机轧辊热障涂层制备工艺，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本课题的来源是河北省自然科学基金的资助项目——《液芯大压下轧机轧辊极端条件下低周热疲劳寿命的研究》。根据该基金早期所做的工作以及完成的内容,最后确定本文主要研究的内容是:采用激光重熔技术在液芯压下轧机轧辊上制备氧化锆(Zr O2-8%Y2O3)热障涂层,确定制备的工艺参数,并对涂层的性能进行研究分析。经过激光重熔处理能够降低涂层的孔隙率,提高涂层致密度,改善涂层的微观组织,消除原有的层状堆叠结构形式,促进涂层和基体结合界面处的元素均匀扩散,从而提高基体和涂层的结合强度,提高涂层质量。激光重熔的过程是一种快速熔化也快速凝固的冶金过程,在形成的熔池中存在着很复杂的传质、传热、扩散、对流、相变等化学及物理现象。而激光重熔过程工艺参数的确定则直接决定了制成的涂层质量的好坏。首先,依据激光重熔工艺的特性,引入了材料换热系数、相变潜热和热物性参数等因素,利用ANSYS仿真优化软件的APDL语言建立出H13模具钢表面激光重熔等离子喷涂ZrO_2-8%Y_2O_3涂层三维连续扫描温度场的有限元模型。研究了某一时刻熔池温度场的分布,分析了不同激光工艺参数对于温度场产生的影响,预测了熔池的深度和宽度,并进行了实验验证,为激光重熔实验中搭接率的选取提供理论依据。其次,根据模拟的结果,利用优化之后的激光参数制出了激光重熔涂层。利用扫描电镜观察涂层的内部组织结构,发现经过激光重熔之后涂层的孔隙减少,得到了致密的组织。之后测试涂层的硬度和抗热震性,涂层的硬度得到很大提高,抗热冲击性得到很好改善。最后,通过小型二辊轧机进行板材试轧,测试激光重熔涂层在实际轧制过程中的使用情况。结果说明,激光重熔涂层保持完好,能有效地提高液芯压下轧机轧辊的疲劳寿命。
【关键词】：激光重熔 ZrO_2-8%Y_2O_3涂层 ANSYS有限元 温度场
【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】：TG174.4;TG333.17
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 液芯大压下技术综述9-12
• 1.1.1 液芯大压下技术简介9-10
• 1.1.2 液芯压下技术发展和应用10-11
• 1.1.3 液芯大压下轧机的提出及问题11-12
• 1.2 国内外关于延长轧辊寿命的方法的研究12-14
• 1.2.1 轧辊失效及解决措施12-13
• 1.2.2 轧辊修复技术13-14
• 1.3 课题来源及主要内容14-15
• 第2章 涂层制备方法的选择及设备15-26
• 2.1 热喷涂技术及设备15-22
• 2.1.1 热喷涂技术15-17
• 2.1.2 热喷涂粉末材料的制备方法17-20
• 2.1.3 热喷涂工艺的选择20-21
• 2.1.4 涂层厚度的选择21
• 2.1.5 等离子喷涂设备21-22
• 2.2 激光熔覆技术及设备22-25
• 2.2.1 激光熔覆技术22-23
• 2.2.2 激光重熔设备23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 ZrO_2-8%Y_2O_3热障涂层制备工艺及涂层的组织和性能分析26-47
• 3.1 涂层结构设计26-27
• 3.2 制备ZrO_2-8%Y_2O_3涂层的材料27-30
• 3.2.1 基体材料27-29
• 3.2.2 涂层及过渡层材料29-30
• 3.3 ZrO_2-8%Y_2O_3涂层的制备工艺参数30-33
• 3.3.1 等离子喷涂工艺参数30-32
• 3.3.2 激光重熔工艺参数32-33
• 3.4 ZrO_2-8%Y_2O_3涂层微观组织的观察和分析33-36
• 3.4.1 ZrO_2-8%Y_2O_3涂层样品的制备33
• 3.4.2 ZrO_2-8%Y_2O_3涂层样品微观组织的观察33-35
• 3.4.3 ZrO_2-8%Y_2O_3涂层样品的物相分析35-36
• 3.5 ZrO_2-8%Y_2O_3涂层性能的测试36-46
• 3.5.1 显微硬度测试36-39
• 3.5.2 抗热冲击性能测试39-41
• 3.5.3 轧制测试41-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 激光重熔ZrO_2-8%Y_2O_3涂层温度场分析47-64
• 4.1 激光重熔ZrO_2-8%Y_2O_3涂层温度场有限元模型的建立47-52
• 4.1.1 温度场的数学模型47-48
• 4.1.2 激光热源的处理48-49
• 4.1.3 材料热物性参数49-50
• 4.1.4 分析单元和网格划分50-51
• 4.1.5 边界条件的处理51-52
• 4.1.6 相变潜热的处理52
• 4.2 温度场分析结果与讨论52-59
• 4.2.1 温度场计算结果52-55
• 4.2.2 工艺参数对温度场的影响55-59
• 4.3 温度场模型的实验验证59-62
• 4.3.1 模拟工艺59-60
• 4.3.2 实验方法60-62
• 4.4 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果70-71
• 致谢71

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