复合轧辊辊套的结合质量和耐磨性是人们关注的焦点,使用中不仅复合界面能够满足工作条件的要求而且轧辊工作层的组织结构要适宜,耐磨性能高。本文在分析镶铸法生产轧辊辊套浇铸工艺的基础上,利用通用有限元商用软件ProCAST模拟了实际生产工艺条件下充型和凝固过程的流场和温度场;研究了各因素影响金属固-液结合的规律;分析了在热处理过程中辊套工作层组织性能变化,探讨了不同硬度对磨样和不同碳化物自由程对高铬铸铁耐磨性的影响,优化了高铬铸铁热处理工艺。利用ProCAST软件对重力底铸轧辊辊套过程的流场和温度场进行了模拟,得出与实际工艺吻合的温度场,验证了模型和参数设定的正确性。在此基础上,探索了单一因素变化时结合层处温度变化,采用正交方法研究了各参数对结合界面最高温度的影响,各因素影响的主次顺序为:套筒预热温度>浇铸温度>浇铸时间>型砂温度。同时研究了各参数对高温停留时间的影响,影响的主次顺序与最高温度的相同,但最优参数组合不同。对比分析了原工艺条件下和改进工艺条件下生产的辊套结合层形貌和元素分布。原工艺条件下,高铬铸铁熔体和45号钢套筒的结合方式为机械附着,改进工艺后为熔融结合。界面处有熔融层和扩散层,在靠近高铬铸铁一侧有颗粒碳化物出现,结合强度明显提高。结合理论计算和样品金相及扫描电镜分析确定了高铬铸铁的组织结构,铸态组织以残余奥氏体和马氏体为基体,其上分布有杆状或者菊花状的共晶碳化物M₇C₃和少量的M₂₃C₆碳化物。经热处理后,淬火态和铸态比较提高了硬度,弱化了冲击韧性,回火态和淬火态比较,硬度降低,冲击韧性提高。磨粒磨损的失重量由淬火试样到一次回火试样和二次回火试样依次降低。磨损机理是由脆性断裂控制的疲劳磨损机制。在干滑动磨损中,随着对磨样硬度逐渐升高,由20HRC变化到47HRC及54HRC,样品的磨损量先增大后减小。和相同硬度的对磨样进行磨损实验,淬火试样,一次回火试样和二次回火试样的磨损失重量逐渐减小。淬火试样的磨损主要表现为碳化物的破碎和剥落,而回火试样主要是粘着磨损和轻微的层状撕裂。自轧辊辊套的外表面向内,共晶碳化物的体积分数逐渐变小,碳化物的平均自由程逐渐增大。随着碳化物平均自由程增大,二次回火态高铬铸铁试样的耐磨性提高。摩擦系数在0.35附近波动,摩擦磨损机理主要是疲劳磨损和氧化磨损。二次回火试样在磨粒磨损中失重量明显大于摩擦磨损。磨粒磨损表面主要表现为碳化物的碎裂和磨粒的切削犁沟,磨损机制为切削磨损和磨粒磨损。分析了高铬铸铁在不同温度和介质下淬火和回火的组织、硬度、冲击韧性和耐磨性,试样的力学性能并非随着淬火或回火温度的变化而单调的增大或减小。空冷和水淬均可满足马氏体转变的冷却速度。试样在1050℃淬火硬度高和耐磨性能好,但是冲击韧性低。和一次回火试样相比,试样经二次回火后其硬度降低。随着回火温度由低到高,一次回火试样和二次回火试样的冲击韧性和耐磨性的变化规律不同。