本文關鍵詞：基于激光熔覆技術的軋輥再制造研究

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【摘要】：軋輥是軋鋼設備中的關鍵零部件,軋輥在工作過程中受到巨大的擠壓剪切應力作用,熱軋輥還要同時經(jīng)受高溫氧化腐蝕的惡劣工況。軋輥表面在這種復雜的工況下極易產生磨損、裂紋、剝落等破壞形式,最終導致失效,軋輥的損傷失效不僅影響坯件的質量、降低企業(yè)的生產效率,更會增加鋼材的生產成本。為了延長軋輥的使用壽命和節(jié)約生產成本,通常在損傷軋輥表面涂覆一層能夠滿足使用要求的高強度合金材料。本文利用激光熔覆的技術優(yōu)勢,自行設計兩種高強度合金粉末,通過大量的實驗分析,論證了兩種合金粉末用于半鋼軋輥再制造的可行性。主要研究內容如下:對本研究應用的大功率半導體激光器組成、參數(shù)及光源特性進行了分析,分析了軋輥的主要損傷失效形式,為軋輥的激光熔覆再制造奠定基礎。利用ANSYS的APDL參數(shù)化程序對軋輥激光熔覆再制造過程進行了數(shù)值模擬,對熔覆過程中產生的溫度場及應力場進行了研究分析,同時對冷卻后產生的殘余應力場進行了分析。從數(shù)值模擬角度論證了軋輥激光熔覆再制造的可行性。分析了140Cr Ni Mo半鋼軋輥的元素組成及物理屬性,根據(jù)已有的激光熔覆材料和工程實際經(jīng)驗,結合熔覆層合金粉末的設計原則設計出了兩種高強度合金粉末。采用單一變量的實驗方法,分別研究了熔覆工藝中的激光功率、掃描速度、送粉速度及搭接率對熔覆層質量的影響,優(yōu)化了激光熔覆工藝參數(shù),最終得出了一個較優(yōu)的工藝參數(shù)。根據(jù)自行設計的高強度合金粉末及熔覆工藝,利用大功率半導體激光器對熔覆層進行了制備。通過顯微硬度實驗、沖擊實驗、摩擦磨損實驗、常溫拉伸實驗及熱模擬實驗對兩熔覆層的力學性能進行了測試分析,并對兩熔覆層的斷口形貌及金相組織進行了分析,從宏觀及微觀的角度得出了兩熔覆層的綜合性能,論證兩種合金粉末用于140Cr Ni Mo半鋼軋輥激光熔覆再制造的可行性。
【關鍵詞】：軋輥 激光熔覆 再制造 熔覆層 力學性能
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG333.17;TG665
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10
• 1.2 軋輥的損傷形式及再制造10-15
• 1.2.1 軋輥的損傷形式10-13
• 1.2.2 軋輥的再制造13-15
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.1 激光熔覆技術研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 軋輥再制造的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文主要研究的內容17-18
• 第2章 激光熔覆技術及軋輥再制造的數(shù)值模擬18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 激光熔覆技術18-19
• 2.2.1 激光熔覆原理18-19
• 2.2.2 激光熔覆工藝19
• 2.3 大功率半導體激光器19-23
• 2.3.1 大功率半導體激光器熔覆系統(tǒng)19-21
• 2.3.2 半導體激光器光斑21-23
• 2.4 ANSYS有限元分析23-25
• 2.4.1 ANSYS介紹23-24
• 2.4.2 ANSYS分析流程24-25
• 2.5 瞬態(tài)溫度場及應力場分析25-30
• 2.5.1 模型建立及網(wǎng)格劃分25
• 2.5.2 瞬態(tài)溫度場分析25-28
• 2.5.3 熔覆過程殘余應力的計算28
• 2.5.4 瞬態(tài)應力場分析28-30
• 2.6 本章小結30-31
• 第3章 熔覆層材料設計及熔覆工藝制定31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 軋輥材料分析31-32
• 3.2.1 軋輥材料成分分析31
• 3.2.2 軋輥材料物理性能分析31-32
• 3.3 激光熔覆材料32-34
• 3.4 熔覆層合金粉末設計34-36
• 3.4.1 熔覆層粉末設計原則34-35
• 3.4.2 熔覆層材料設計35-36
• 3.5 激光熔覆工藝的制定36-40
• 3.5.1 功率對熔覆質量的影響37-38
• 3.5.2 掃描速度對熔覆質量的影響38
• 3.5.3 送粉速度對熔覆質量的影響38-39
• 3.5.4 搭接率對熔覆質量的影響39-40
• 3.6 本章小結40-42
• 第4章 軋輥再制造的實驗研究42-62
• 4.1 引言42
• 4.2 熔覆層的制備42-43
• 4.3 力學性能測試43-54
• 4.3.1 顯微硬度測試43-46
• 4.3.2 沖擊韌性測試46-47
• 4.3.3 耐磨性能測試47-50
• 4.3.4 拉伸性能測試50-52
• 4.3.5 熱模擬實驗52-54
• 4.4 斷口實驗分析54-57
• 4.4.1 宏觀斷口分析54-55
• 4.4.2 微觀斷口分析55-56
• 4.4.3 微觀斷口成分分析56-57
• 4.5 金相組織分析57-60
• 4.6 半鋼軋輥的激光熔覆再制造實踐60-61
• 4.7 本章小結61-62
• 結論62-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果67-68
• 致謝68-70
• 作者簡介70

【參考文獻】

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本文編號：977447