【摘要】：水泥工業(yè)作為我國國民經(jīng)濟的基礎(chǔ),有著良好的發(fā)展前景。輥壓機作為水泥生產(chǎn)過程中重要的破碎設(shè)備,其核心部件為擠壓輥。擠壓輥長期受到物料的高應(yīng)力磨粒磨損和循環(huán)應(yīng)力作用,容易產(chǎn)生疲勞磨損失效。為了提高輥面工作層的耐磨性,常在擠壓輥表面堆焊耐磨金屬。雖然表面耐磨層可以起到提高擠壓輥耐磨性的作用,但是,由于輥體金屬與輥面耐磨層金屬的成分和微觀組織不同,導(dǎo)致兩者在性能上存在差異,材料間的結(jié)合性能較差,在疲勞磨損作用下導(dǎo)致耐磨層剝落失效。因此,研究如何提高擠壓輥表面耐磨層的耐磨性及耐磨層與母材的結(jié)合性能,延長部件的使用壽命,減少設(shè)備維護時間,具有重要的科學(xué)意義和實用價值。本文采用的堆焊材料包括:3種市售焊絲、6種自制改變高碳鉻鐵加入量和6種自制改變石墨加入量的堆焊焊絲,在45鋼母材上制備堆焊層。研究了各種堆焊層的成分、微觀結(jié)構(gòu)、硬度、耐磨性和及其與45鋼母材的結(jié)合強度。在現(xiàn)有可用于測試電弧堆焊層與鋼母材結(jié)合性能測試方法的基礎(chǔ)上,提出了新型十字交叉推離試驗法。主要試驗結(jié)果如下:(1)分析了奧氏體鋼,含鈮合金鋼和高鉻合金鑄鐵三種市售焊絲在45鋼母材上的堆焊層組織。采用十字交叉推離試驗法測試3種市售焊絲堆焊層與45鋼母材的結(jié)合強度依次為369MPa、191MPa和48MPa。對十字交叉推離試樣進行觀察分析,確定了斷裂路徑和斷口特征。含鈮合金鋼及過共晶高鉻合金鑄鐵堆焊層與過渡層(奧氏體鋼)堆焊層的結(jié)合強度依次為322MPa和163MPa,明顯高于耐磨層與45鋼母材的結(jié)合強度。且由斷裂路徑可以明顯觀察到裂紋延伸至過渡層停止擴展,說明奧氏體鋼過渡層可以有效限制裂紋擴展。(2)分析了不同高碳鉻鐵加入量堆焊層的成分和微觀組織,并研究了C、Cr含量對堆焊層微觀組織與耐磨性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,6種不同高碳鉻鐵加入量的一系列堆焊層中C、Cr含量逐漸升高,微觀組織主要為馬氏體、奧氏體及彌散分布于基體中的NbC硬質(zhì)相組成。當(dāng)高碳鉻鐵加入量為0%時,堆焊層中C、Cr含量較低,基體組織為馬氏體和殘余奧氏體的混合組織。堆焊層中C,Cr含量增加,堆焊層的鋼基體組織中馬氏體減少,殘余奧氏體逐漸增加;當(dāng)高碳鉻鐵加入量為7.5%時開始出現(xiàn)獨立奧氏體,隨著C、Cr含量增加,獨立奧氏體最終連成片狀。在焊接冶金反應(yīng)中,Nb元素首先與C元素結(jié)合生成NbC,隨著C、Cr含量增加,析出NbC的數(shù)量增多,尺寸變大,堆焊層中最大NbC尺寸由1μm增大到4μm。基體組織和NbC硬質(zhì)相共同決定材料的耐磨性;高碳鉻鐵加入量為5%時,基體組織中獨立奧氏體含量較少,NbC硬質(zhì)相數(shù)量增加和尺寸增大,堆焊層的硬度和耐磨性能最好,堆焊層上部平均顯微硬度為861HV_(0.2),耐磨性能可達(dá)45鋼基體的5.7倍。高碳鉻鐵量繼續(xù)增加時,由于基體中奧氏體增多,導(dǎo)致硬度降低,耐磨性變差。(3)研究了6種不同石墨加入量對堆焊層成分、微觀組織與耐磨性的影響規(guī)律。由不同石墨添加藥芯焊絲制備的一系列堆焊層中C含量逐漸增加,微觀組織主要為鐵素體、馬氏體、奧氏體及彌散分布于基體中的NbC硬質(zhì)相組成。當(dāng)石墨加入量為0%時,C含量較低,堆焊層基體組織為鐵素體、馬氏體和NbC,隨石墨加入量增加,堆焊層中C含量增加,基體組織中鐵素體消失,馬氏體減少,奧氏體增加,最終出現(xiàn)片狀的獨立奧氏體;NbC數(shù)量增加,尺寸變大,堆焊層中NbC尺寸由1μm增大到6μm。堆焊層硬度與基體組織類型和NbC顆粒尺寸密切相關(guān),耐磨性與表面硬度變化趨勢一致。當(dāng)石墨的加入量為3%時,耐磨合金的硬度為61.8HRC,耐磨性最好,是45鋼母材的3倍。(4)采用十字交叉推離試驗法測試不同高碳鉻鐵加入量堆焊層與45鋼母材的結(jié)合強度。高碳鉻鐵加入量為0%時結(jié)合強度最高,為513MPa,隨著高碳鉻鐵加入量的增加,由于大塊NbC對基體的割裂作用,結(jié)合強度降低,當(dāng)高碳鉻鐵加入量為7.5%時結(jié)合強度最低,為147MPa,高碳鉻鐵繼續(xù)增加,堆焊層中奧氏體含量增加,塑性韌性較好,結(jié)合強度有所升高,當(dāng)高碳鉻鐵加入量為13%時結(jié)合強度為283MPa。推離法測試堆焊層與45鋼母材的結(jié)合強度先降低后升高,呈U形分布。(5)采用十字交叉推離試驗法測試不同石墨加入量堆焊層與45鋼母材的結(jié)合強度,結(jié)合強度的變化主要受成分和組織變化的影響。石墨加入量為0%時,堆焊層C含量為0.5%,結(jié)合強度較高,為355MPa,隨著石墨加入量的增加,結(jié)合強度降低,當(dāng)石墨加入量為2%時,C含量為1.01%,此時結(jié)合強度最低,為147MPa,石墨繼續(xù)增加,堆焊層中C含量進一步增加,堆焊層中奧氏體含量增加,塑性韌性較好,結(jié)合強度有所升高,石墨加入量為5%時堆焊層中C含量為1.64%,堆焊層與母材結(jié)合強度最高,為460MPa。推離法測試堆焊層與45鋼母材的結(jié)合強度先減少后增加,呈V形變化。改變高碳鉻鐵和石墨藥芯焊絲制備堆焊層組織變化相似,與45鋼母材的結(jié)合強度變化趨勢也相同。
【圖文】：

圖 1.2 失效的擠壓輥ig.1.2 The squeeze roller which failure occurs中耐磨堆焊技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景造每一道工序都要進行粉磨工作，耐磨堆焊材，因此，耐磨材料的發(fā)展水平?jīng)Q定了水泥行中，耐磨材料經(jīng)歷了 3 個階段，由高錳鋼→普金鋼[32]。高錳鋼主要應(yīng)用于我國水泥工業(yè)中的條件下，粉磨設(shè)備磨損失效分析表明：高錳鋼工硬化，，耐磨性優(yōu)越，但屈服強度低，使用中負(fù)荷小的條件下，耐磨性很差。20 世紀(jì) 70 年主要為普通白口鐵、抗磨球墨鑄鐵；70 年代后磨的磨輥及磨盤、輥壓機的磨輥等均采用高鉻

（1）拉伸法拉伸法主要包括橫向拉伸法和垂直拉伸法，是目前測試涂層與基體結(jié)合強度的常用方法。圖1.3為橫向拉伸法示意圖，Shiao[42]等人利用橫向拉伸法，將橫向載荷施加到氮化鈦涂層和不銹鋼母材上，用界面開裂時的臨界剪切應(yīng)力來表征涂與層界面間的結(jié)合強度，此方法屬于半定量的方法[43]。有一種垂直拉伸法多用于熱噴涂涂層與基體材料結(jié)合強度的測量，其原理如圖1.4所示。對于薄涂層可利用粘結(jié)劑把涂層與加載物粘結(jié)為整體，通過對加載物施加載荷FP，測量出涂層與基體分離時的最大載荷
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG455;TQ172.632.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2697838