結(jié)晶器銅板表面激光熔覆強(qiáng)化的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量的不斷增加,連鑄生產(chǎn)發(fā)展突飛猛進(jìn),連鑄工藝中對(duì)結(jié)晶器的消耗越來(lái)越大,作為結(jié)晶器關(guān)鍵部件之一的銅板消耗量也迅速增加,這不僅加大了連鑄生產(chǎn)的成本而且也消耗了大量寶貴的銅資源,因此迫切需要研究新的表面強(qiáng)化工藝提高結(jié)晶器銅板的高溫性能,增加其工作壽命。利用激光熔覆強(qiáng)化技術(shù)在銅板表面制備一種與銅基體結(jié)合良好、耐磨耐高溫的合金熔覆層,為結(jié)晶器銅板表面耐高溫耐磨損新技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　由于不同粉末材料形成的熔覆層各項(xiàng)性能都

2、不相同,而整個(gè)銅板工作表面面積很大,正常工作時(shí)工作表面不同區(qū)域溫度分布都不同。為了選取最優(yōu)的激光熔覆工藝以及與熔覆層合金材料,本文采用有限元數(shù)值模擬方法計(jì)算結(jié)晶器銅板工作過(guò)程中的溫度場(chǎng)分布。數(shù)值模擬結(jié)果表明:結(jié)晶器寬面銅板和窄面銅板熱面、冷面以及冷卻水道的溫度場(chǎng)分布趨勢(shì)相同但是具體溫度不同,冷卻水溫度沒(méi)有達(dá)到沸點(diǎn),說(shuō)明冷卻效果良好,冷卻水未在水道內(nèi)沸騰。根據(jù)溫度場(chǎng)的結(jié)果可以將銅板工作表面分為三個(gè)區(qū)域,分別為彎月面區(qū)、緊密接觸區(qū)以及氣隙區(qū)

3、,分別位于距銅板上表面100 mm-250 mm、250-450mm和450mm以下。寬面銅板的最高溫度位于與窄面銅板接觸線上為312.51℃,而窄面銅板的最高溫度位于距接觸線30mm處為399.27℃。
　　本文采用一系列材料分析和測(cè)試手段研究了寶山鋼鐵廠使用的結(jié)晶器銅板的組成成分、顯微硬度以及軟化性能。分析了銅板表面激光熔覆過(guò)程中存在的難點(diǎn),重點(diǎn)研究了如何提高熔覆層與銅基體結(jié)合界面的質(zhì)量,并提出了通過(guò)采用不同光源激光器、基體預(yù)

4、熱以及銅基體表面預(yù)處理三種方法來(lái)提高兩者之間界面結(jié)合質(zhì)量。由于裂紋是熔覆層內(nèi)致命的缺陷,裂紋一旦產(chǎn)生和擴(kuò)展,就會(huì)導(dǎo)致熔覆層性能大大下降,從而是零件失效,采用合適的基體預(yù)熱溫度以及一定功率的超聲振動(dòng)等方法來(lái)控制熔覆層內(nèi)裂紋的產(chǎn)生。
　　本文選取 Fe基、Ni基以及Co基三種自熔性合金粉末作為覆層材料,選擇優(yōu)化的工藝參數(shù)進(jìn)行銅板表面激光掃描熔覆,對(duì)熔覆層宏觀形貌、微觀組織、成分和組成相結(jié)構(gòu)以及熔覆層顯微硬度等進(jìn)行了分析,揭示了金相組織

5、結(jié)構(gòu)和熔覆層性能之間的關(guān)系。同時(shí)介紹了銅板表面電鍍工藝,并且將獲得的銅板表面熔覆層與電鍍層的顯微硬度,軟化性能以及熱沖擊性能進(jìn)行分析比較,結(jié)果表明:Ni基熔覆層的顯微硬度為 Ni基電鍍層的1.5倍,是銅基體的6.5倍。Ni激光熔覆層軟化溫度高于600度,而 Ni基電鍍層的軟化溫度區(qū)間為350℃~400℃。經(jīng)過(guò)熱沖擊實(shí)驗(yàn)后Ni基熔覆層顯微硬度幾乎沒(méi)變,而 Ni基電鍍層硬度下降很大,大約下降了46.4％。說(shuō)明激光熔覆層耐熱沖擊性能更加優(yōu)越,