層流冷卻輥激光熔覆工藝優(yōu)化與組織性能研究.pdf

1、層流冷卻輥道是熱軋層流冷卻系統(tǒng)的重要裝備之一，位于精軋出口到卷取機(jī)前的層流冷卻階段，是提供帶鋼輸送的傳動(dòng)設(shè)備。層流冷卻輥在工作中與高溫帶鋼直接接觸，在實(shí)際生產(chǎn)中因磨損而產(chǎn)生的損失量大，而且其表面質(zhì)量和使用壽命直接影響著生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)成本。因此，如何更好地強(qiáng)化及修復(fù)層流冷卻輥，延長(zhǎng)其使用壽命至關(guān)重要。生產(chǎn)上采用熱噴涂、噴焊、感應(yīng)加熱淬火等方法提高層流冷卻輥的表面性能，但在加工工藝和使用性能上均存在一定的不足。激光熔覆技術(shù)作為一種

2、新興的表面處理技術(shù)，可以在廉價(jià)的基材表面制備出具有優(yōu)異性能的冶金結(jié)合涂層。本文旨在利用激光熔覆技術(shù)，以制備結(jié)合良好、耐腐蝕、高溫耐磨的涂層為目的，建立一種強(qiáng)化和修復(fù)層流冷卻輥的新方法，顯著提高其使用壽命。
　　本文利用側(cè)向同步送粉激光熔覆技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化激光加工工藝參數(shù)，在45#鋼基體表面制備出具有良好冶金結(jié)合的高性能激光熔覆襯底層和工作層。利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、維氏顯微硬度儀、電

3、化學(xué)工作站以及高溫摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等測(cè)試分析設(shè)備，對(duì)所制備激光熔覆層的組織形貌、成分、物相組成、硬度、耐蝕性、抗熱疲勞性、高溫耐磨性能進(jìn)行了研究。
　　利用DL2501鐵基合金粉末，激光熔覆單道襯底層的優(yōu)化工藝參數(shù)為:圓形光斑直徑為3 mm，離焦量為340mm，送粉速度為11.5 g/min，激光輸出功率4000W，掃描速度800 mm/min。在該優(yōu)化工藝參數(shù)下制備的單道激光熔覆襯底層表面光潔，成形質(zhì)量?jī)?yōu)良，與基體呈理想的冶金結(jié)合

4、，而且涂層內(nèi)無(wú)孔洞和裂紋等宏觀缺陷，組織致密均勻，熔覆層硬度較高且數(shù)值穩(wěn)定，平均硬度可達(dá)552.3 HV。熔覆區(qū)是由平面晶、胞狀晶、樹枝晶和等軸晶組成的典型的激光快速凝固組織，熱影響區(qū)是細(xì)小的馬氏體組織，基體保持原始的珠光體和鐵素體組織。
　　以優(yōu)化工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，采用0.5的搭接率，在基體表面成功地制備出大面積的組織細(xì)密均勻、無(wú)明顯氣孔和裂紋等缺陷的多道搭接襯底層。沿基體至熔覆層表面方向上，襯底層熔覆層中的Cr元素含量在經(jīng)過(guò)與基

5、體的結(jié)合界面后會(huì)有明顯升高，而Fe元素含量則明顯下降;Ni、Si和Mo元素含量有小幅上升，C元素有小幅下降。由于枝晶偏析作用，襯底層晶內(nèi)區(qū)域的Fe元素的含量較高，而晶間區(qū)域Cr、Ni、Mo等元素的含量較高。XRD物相分析結(jié)果表明，襯底層多道搭接熔覆層物相主要由a-Fe，Cr-Ni-Fe-C和Cr7C3組成，還應(yīng)有少量的Mo的金屬間碳化物存在。熔覆粉末中所添加的少量的Si元素均勻擴(kuò)散各相之間，以固溶形式存在。
　　利用DL155鐵基

6、合金粉末，激光熔覆單道工作層的功率和掃描速度的優(yōu)化參數(shù)為:激光輸出功率4000W，掃描速度400 mm/min。在該優(yōu)化工藝參數(shù)下制備的單道激光熔覆工作層與襯底層呈理想的冶金結(jié)合，表面光潔，成形質(zhì)量?jī)?yōu)良，而且涂層內(nèi)無(wú)孔洞和裂紋等宏觀缺陷，組織致密均勻，熔覆層硬度較高且數(shù)值穩(wěn)定，平均硬度可達(dá)748.3 HV。
　　以優(yōu)化工藝參數(shù)為基礎(chǔ)，采用0.5的搭接率，在襯底層表面成功地制備出大面積的組織細(xì)密均勻、無(wú)明顯氣孔和裂紋等缺陷的多道搭接

7、工作層。工作層與襯底層同樣形成了質(zhì)量?jī)?yōu)異的冶金結(jié)合。沿襯底層至工作層的方向上，Ni和Cr元素含量在經(jīng)過(guò)結(jié)合界面后略有下降，Mo元素略有上升，其他元素含量基本保持不變。工作層多道搭接熔覆層物相組成與襯底層的分析結(jié)果基本一致。
　　激光熔覆工作層表面比基體具有更高的自腐蝕電位和阻抗值，更小的腐蝕電流和腐蝕速率，具有出色的耐蝕性能。而且工作層表面具有很強(qiáng)的抗熱疲勞性能，經(jīng)熱疲勞實(shí)驗(yàn)后未產(chǎn)生任何疲勞裂紋，冶金結(jié)合界面的結(jié)合強(qiáng)度較高，不易脫