冶金热轧辊材料的激光表面合金化与直接沉积成型

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1、一jDoctoralDissertationLasersurfacealloyinganddirectdepositionofrollmaterialsonmetallurgicalhotrollsbySunGuifang(ADissertationSubmittedtotheGraduateSchooloftheNortheasternUniversityfortheDegreeofDoctorofMaterialsScience)Supervisor：IProfessorLiuChangshengProfessorJyotiMazumderSenior-engineerTaoXing

2、qiNortheasternUniversityJul．2009独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：确、，崔豸Et期：川·-『·牛学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内

3、容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。)学位论文作者签名：勿、衫弓签字日期：妒7·7、午导师繇纠磊吖签字日期：7鲫7’7-中东北大学博士学位论文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。其质量和使用寿命，直接关系到轧制生产的效率、产品质量、生产成本及钢材品种结构。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。除了改进轧辊制造技术和优化轧辊材质外，近年来，钢铁公司广泛采用感应加热淬火、堆焊、热喷焊、热喷涂等方法提高轧辊表面耐磨性，但制备的耐磨涂层存在一定的不足。激光表面合金化和激光

4、直接金属沉积作为一种新兴的表面技术，最大优点是可以制备致密的冶金结合涂层，从而改善基体的耐磨性。本文旨在利用激光合金化和激光直接金属沉积技术在轧辊表面制备具有冶金结合界面、组织致密和耐磨性能优良的涂层，为利用激光合金化技术修复和强化轧辊表面，利用直接金属沉积技术制备轧辊工作层提供有效的理论指导，并为其今后发展应用提供一定的技术支持。本文以高镍铬无限冷硬铸铁、球墨铸铁和70MnV铸钢热轧辊作为研究对象，探索利用激光表面合金化技术对其表面进行强化处理的可行性；以1018低碳钢为基体，探索采用激光直接金属沉积的方法沉积热轧辊工作层材料的可行性。通过激光工艺参数的优化，制备出具有良好冶金结合的耐

5、磨涂层。利用光学显微镜(OM)、附带能谱仪(EDAX)的扫描电镜(SEM)、X．射线衍射仪(XRD)、表面光度仪、显微硬度计以及常温和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、裂纹分布及扩展、相组成、硬度和磨损行为进行了系统的研究。采用高功率C02激光器对预涂C．B．W-Cr粉末的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊进行激光表面合金化处理。结果表明，合金化层与基体形成了冶金结合，部分区域存在裂纹。在激光功率、光斑直径、搭接率一定的条件下，合金化层厚度随扫描速度变化不大；裂纹率随扫描速度增加而增加；合金化层硬度随扫描速度的增加先增加后降低。当激光功率为7．2kW，光斑直径为O．8～

6、3mm，搭接率为33．3％时，最佳扫描速度为1lm／min。此时，合金化层平均厚度为0．29ram，平均显微硬度为1001HVo．05，是基体材料(656HV)的1．53倍。球墨铸铁轧辊表面激光合金化C．B．W-Cr后，得到和基体呈冶金结合的合金化层；东北大学博士学位论文摘要合金化层厚度为0．33--0．37mm；随着激光比能量的增加，气孔数减少、裂纹率降低，合金化层硬度提高；优化工艺参数为：激光功率4kW、扫描速度4rn／min、光斑直径1．5rrlm、搭接率33．3％；此时得到的激光合金化层的厚度为0．37mm，平均硬度为1201HVo．05，是基体(500rwo．05)的2．4倍；

7、合金化层组织为先共晶碳化物+枝晶间分布的细小片层状莱氏体(M+AR+Fe3C)；500。C空气中磨损实验结果表明，合金化层耐磨性是球墨铸铁基体的1．6倍；合金化层的磨损机制是粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损。在70MnV铸钢轧辊上进行激光表面合金化NiCr．Cr3C2粉末得到与基体呈冶金结合的合金化层；合金化层结构致密、无孔洞和裂纹；随着扫描速度的增加，合金化层和热影响区厚度减小，残余奥氏体含量增加，合金化层硬度和耐磨性提高；