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轧辊用合金铸钢耐磨性及接触疲劳性能的研究

作　者: 赵树丰
导　师: 李国禄
学　校: 河北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 合金铸钢轧辊热处理工艺微观组织耐磨性接触疲劳性能热疲劳性能
分类号: TG333.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文针对现代生产的轧辊易发生疲劳磨损而导致失效(主要是剥落、断辊)的现象,设计出两大类合金铸钢轧辊材质,包括Cr系合金铸钢轧辊和以贝氏体为主的合金铸钢轧辊。在对材料进行改进和优化的基础上,对这两大类合金铸钢轧辊进一步进行耐磨性能、接触疲劳性能和热疲劳性能的研究,以确定最优成分和最佳热处理工艺,从而提高轧辊的使用性能。同时丰富了铸钢轧辊材质资源,为适应不同客户群的不同轧制条件作技术储备,为开发新的轧辊材质作指导。本文研究结果表明:(1)通过对Cr系合金铸钢轧辊中的2号和4号试样进行耐磨性能和接触疲劳性能研究分析得出:4号热处理工艺为淬火1100℃×50min油淬,回火520℃×75min空冷时,磨损失重量最小,耐磨性最佳;2号热处理工艺为960℃×50min油淬,520℃×75min回火后空冷时,接触疲劳性能最佳,特征寿命为1.8370×106周次。(2)通过对以贝氏体为主的合金铸钢轧辊中的6号和8号试样进行耐磨性能和接触疲劳性能研究分析得出:6号热处理工艺为900℃×1h奥氏体化空冷后320℃×1h等温淬火,250℃×2.5h回火后空冷时,磨损失重量最小,耐磨性最佳;8号热处理工艺为950℃奥氏体化,保温75min+320℃×1h等温淬火+250℃×2.5h回火时,接触疲劳性能最佳,特征寿命为1.3075×106周次。(3)通过对这两大类合金铸钢轧辊的热疲劳性能研究分析得出:Cr系轧辊材料具有较好的热疲劳性能。其中2号Cr含量为5%,热处理工艺为960℃×50min油淬,520℃×75min回火的热疲劳性能最好。铬含量增大到在8%时热疲劳性能下降。以贝氏体为主合金铸钢轧辊中,8号热处理工艺为950℃奥氏体化,保温75min+320℃×1h等温淬火+250℃×2.5h回火后空冷的热疲劳性能最好。通过试验研究及分析,确定各性能最佳的成分及热处理工艺为:(1)耐磨性能最好的成分及热处理工艺为:C:1.118%,Si:0.686%,Mn:0.661%,Cr:7.981%,Mo:0.529%,Ni:0.415%, V:0.150%。最佳热处理工艺:1100℃×50min油淬,回火520℃×75min空冷。(2)接触疲劳性能和热疲劳性能最好的成分及热处理工艺为:C:0.537%,Si:0.662%,Mn:0.671%,Cr:4.74%,Mo:0.458%,Ni:0.338%, V:0.129%。最佳热处理工艺:960℃×50min油淬, 520℃×75min回火后空冷。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 摩擦磨损的研究进展和机理  9-11
    1.2.1 摩擦磨损概述  9-10
    1.2.2 轧辊材料摩擦磨损的研究的提出  10-11
    1.2.3 摩擦磨损的机理  11
  1.3 接触疲劳的研究进展和机理  11-14
    1.3.1 接触疲劳概述  12
    1.3.2 接触疲劳的研究进展及机理  12-14
  1.4 本课题的研究内容及研究意义  14-16
    1.4.1 研究内容  14
    1.4.2 研究意义  14-16
第二章试验方案与实施  16-26
  2.1 合金元素在轧辊材料中的作用及材料成分的设计  16-19
  2.2 试样的制备  19-22
    2.2.1 试验用合金炉料成分  19
    2.2.2 试验设备及检测设备  19
    2.2.3 试样的熔炼与浇注  19-22
    2.2.4 试样  22
  2.3 试样的热处理工艺  22-24
    2.3.1 磨损试样的热处理工艺  23
    2.3.2 接触疲劳试样的热处理工艺  23-24
  2.4 微观分析  24-26
    2.4.1 微观组织观察及分析  24
    2.4.2 残余奥氏体及其含碳量的理论计算  24-26
第三章轧辊材料耐磨性的研究  26-44
  3.1 轧辊试样的耐磨性试验大纲  26-28
    3.1.1 试验目的  26
    3.1.2 试验研究内容  26
    3.1.3 MM-200 环-块式摩擦磨损试验机  26-27
    3.1.4 试样及试验方法  27-28
  3.2 试验结果及其耐磨性研究  28-36
    3.2.1 典型试样磨损前后的残余奥氏体定量分析  28-30
    3.2.2 不同工艺的磨损试样摩擦系数对比分析  30-31
    3.2.3 铬系合金铸钢轧辊材料结果分析及耐磨性研究  31-33
    3.2.4 贝氏体合金铸钢轧辊材料结果分析及耐磨性研究  33-36
  3.3 合金元素对合金铸钢轧辊组织和耐磨性能的影响  36-42
    3.3.1 硅锰含量对贝氏体合金铸钢轧辊组织和耐磨性能的影响  36-40
    3.3.2 铬含量对Cr系合金铸钢轧辊组织和耐磨性能的影响  40-42
  3.4 典型试样的微观分析及磨损机理  42-43
    3.4.1 典型试样的磨损形貌及机理  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章轧辊材料接触疲劳性能的研究  44-58
  4.1 试验原理及试验方法  44-45
    4.1.1 试样的安装与加载  44
    4.1.2 疲劳失效的判别  44
    4.1.3 试样及试样方法  44-45
  4.2 不同材质的合金铸钢轧辊的力学性能  45-46
  4.3 轧辊材料接触疲劳试样的微观组织及形貌  46-51
    4.3.1 原始组织分析  46-48
    4.3.2 典型疲劳试样疲劳微观组织分析  48-49
    4.3.3 典型试样疲劳形貌及疲劳机理分析  49-50
    4.3.4 疲劳前后残余奥氏体的定量分析及其对接触疲劳性能的影响  50-51
  4.4 接触疲劳实验的结果及数据分析  51-56
    4.4.1 接触疲劳试样的筛选  51-52
    4.4.2 接触疲劳寿命的表征  52-53
    4.4.3 Cr系轧辊材料接触疲劳实验数据分析  53-54
    4.4.4 贝氏体轧辊材料接触疲劳实验数据分析  54-55
    4.4.5 不同成分轧辊材料的接触疲劳试验数据分析  55-56
  4.5 本章小结  56-58
第五章轧辊材料热疲劳寿命  58-63
  5.1 试样尺寸及试验方法  58-59
    5.1.1 试样  58
    5.1.2 试验方法  58-59
  5.2 热疲劳试样的热处理工艺  59
  5.3 试验结果及分析  59-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章主要结论  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果  68-69
致谢  69

轧辊用合金铸钢耐磨性及接触疲劳性能的研究

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