轧辊激光表面强化研究及数值模拟

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要筑貔是轧裁生产豹蓬簧聱斧，受季￡俘豹诤鸯、瘗损霹冷热疲劳{睾蔫，工作条{孛j≥常恶劣。提高轧辊的使用寿命不仅能够降低轧辊的消耗，而飘能够减少换辊次数，提高轧机作Hk率。提高轧辊使用寿命常用的方法魑采用堆焊技术。随着本世纪70年代激竞表嚣强纯技术的兴怒，澈必表嚣强纯按拳也开戆应瘸于辜I辙靛表瑟强化。激光表瑟强化技术包括激光相嶷硬化、激搬熔凝处理、激光合金化等，应用于轧辊褒面强化的是激光栩变硬化，即激光淬火和激光熔凝强化处理。相比较蛾焊而言，激光强化处理工艺有独特数往点。本文珏大型辜L辊为主要研究对象，采用激光强亿方式硪究了75CrMnMo、70Mn2、高铬钢、高

2、碳高铬铁、会金钢、禽镍铬铸铁、半钢等7种轧辊材料，其中75CrMnMo、70Mn2轧辊材料采用激光熔凝强化处理，并应用于实际生产，丽其余5种孝L辊材料则采躅激必裰交疆铯楚疆。拳耀著名静有蔽元分辨软件Ansys辩激光强纯过簇中车L辊燕处理的濑度场分布进行了二维分析和计算，得到比较满意的缡果。(1)75CrMnMo、70Mn2轧鞭激光熔凝强化处理后硬化效果显著，淬硬层的深度毒达2mm，疆绽廷蠹袋裹峰篷霹遮800HV02越童，强健磊爱寝有囊显挺褰，辩密程寄大幅度的上升。经过激光熔凝强化处理后的轧辊经实际使用，过钢量可达到4800—6000吨，而激光未强化前过钢量程2000吨左右，即过钢量可以提

3、高1．5倍以上，从而有效蟪鳃长了按辊髑麓，提离了生产效率，降低了生产残本。(2)高铬钢激光相变强化时极翁发生表面熔化，必须控制激光功率和扫描速率。在激光棚变硬化处理中，硬度可以由基材的550HV提高到750--800HV，峰值可以达到900HV。硬度嚣麓褰缝黎稳应撼褥至《挺裹。(3)高碳高铬铁激光相交硬化热处理有一定效果，难点童骚表现在极拐出现熔化区，这会导致生成微裂纹和大量的残余奥氏体，使该区的硬度降低。深冷处理、低温鏊火二次爨窭疆筵、严楱控毒l激必鞠变硬恁楚纛王艺参数帮燕捷工{孛表嚣不产生或产生深度较浅的微熔的有效措施。(4)合金钢轧辊用钢激光相交硬化处理后硬化效果比较明恩，其硬度W

4、由基体的426--482HV嶷亳至l漳矮区秘786～793HV，显褒滢分毒瓣娆律秣较好，硬凄缓豹分教凄华中科技大学硕士学位论文比较小，其耐磨性也有穗应的提高。(5)高镍铬铸铁轧辊含碳量比较高(约3．2％)，熔点较低(1350"C)，对激光强化工艺参数比较敏感。(6)半钢乳辊熔点较低，激光强豫处理对容荔穗现熔耽嚣，虽络纯区静鬻浚鞍低，一般略低于母材的硬度。淬硬区的硬艘比较高，硬度值可达HV800左右。(7)刹用有限元中的二次开发语京APDL开发了激光强化过程的温度场分析程痔，实褒了臻薅过程懿爨麓住。骚究了给定激竞技术参数条{孛下瓣瀑废囊懿魂态交纯过程以及温度场的分布，数值模拟令人满意。(8

5、)研究激光功率、扫描速度、光斑直径、功率密度等对淬硬深度的影啊规律。关键词：轧辊激光表灏强化淬硬深度溢度场有限元分析ll华中科技大学硕士学位论文AbstractRollers，whichworkunderrigourousconditionandendureimpaction,grindnessandheatfatigue，areimportantcomponentsinrolling．Byenhancingthelifeofmilers，theexpendationofrollersandtheirswap盘equencyCanbereduced，whiletheirefficienc

6、ycanbeimproved．Wi斑theboomoflaserhardeningtechnology,itisalsocommonlyadoptedinrollerssurfaceshardening．Rollerslasersurfaceshardeninginvolvesrollerslasersurfacesquenching，lasermelting，andlaseralloying，inwhichthefirsttwoarewidelyused．Rollerssurfaceshardeninghasitsuniqueadvantage。Sevensortsofrollersa

7、retreatedbylaserhardeningandmeltingtechnologies．Thepaperusesthewellknownsottware-Ansystosimulatethetemperaturefieldofrollerssurfacesduringhardening，andtheresultsmeettheexperimentmeasurement铺itewell。(1)75CrMnMoand70Mn2r