轧辊55Mn2钢表面选区激光熔化熔覆层的制备及性能研究

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轧辊是使金属产生连续塑性变形的工具。其失效形式主要有辊身剥落掉块、大面裂纹、辊身和辊颈断裂等。通过对失效轧辊的修复和表面强化可以延长轧辊的使用寿命,减少轧辊的消耗并降低轧钢成本。采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术,在轧辊材料55Mn2基板表面制备Inconel718(IN718)和TiC/IN718复合强化熔覆层。研究激光线能量密度对IN718熔覆层和TiC/IN718复合熔覆层的组织形貌、相对致密度及显微硬度的影响;探讨激光线能量密度对选区激光熔化成形IN718熔覆层与55Mn2基体的抗剪切结合强度的关系;分析试验温度和载荷的变化对IN718熔覆层和TiC/IN718复合熔覆层摩擦磨损性能的影响及其在不同磨损条件下的摩擦磨损的机理。研究主要取得了以下结论:选用6个不同激光线能量密度在55Mn2基板表面制备IN718熔覆层。实验结果显示,随着激光线能量密度的提高,熔覆层表面因液体球化现象产生的球形颗粒减少,内部析出的?相逐渐细化连续、柱状晶均匀分布。熔覆层致密度和显微硬度随着激光线能量密度的提高逐渐增加,当线能量密度为357.14 J/m,致密度达到99.6%,显微硬度达到428.6 HV0.2。熔覆层与基体为冶金结合,由剪切断裂形貌可知熔覆层与基体间为韧性断裂机制,抗剪切强度为基体的1.9?2.15倍。选择激光功率(P)为90W,扫描速度(?)为280mm/s工艺参数在55Mn2基板表面制备IN718熔覆层,研究其在不同温度和载荷下的摩擦磨损性能。结果表明,常温下IN718熔覆层主要发生磨粒磨损,高温下主要发生粘着磨损和氧化磨损,且随着载荷的增加,熔覆层的摩擦系数减小、磨损量增加,当载荷大于10N时,两者的变化较小;当载荷固定时,随温度的升高,IN718熔覆层的摩擦系数和磨损量减小,当温度高于325℃时,摩擦系数相对稳定;IN718熔覆层本身较高的硬度和高温下氧化摩擦保护层的生成使其具有较好且稳定的耐磨性能。向IN718合金粉末中添加质量分数为10%的TiC微米颗粒,选用不同的SLM工艺参数在55Mn2基板表面制备TiC/IN718复合熔覆层。研究发现,在激光线能量较低时,TiC/IN718复合熔覆层中存在较多未完全融化的粉末,内部孔洞较多,显微硬度较低。随着激光能量密度的提升,复合粉末逐渐熔化完全,内部组织细化,显微硬度增加。常温下TiC/IN718复合熔覆层的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损,随着激光线能量密度的增加复合熔覆层的耐磨性提升,磨擦系数下降,磨损量减少。采用选区激光熔化技术在55Mn2轧辊钢表面分别制备纯IN718和TiC/IN718复合强化熔覆层,可以显著提高其表面显微硬度及摩擦磨损性能。熔覆层材料和工艺参数对成形熔覆层组织及性能影响较大。本研究可以为采用选区激光熔化成形技术修复和强化轧辊表面提供实验和理论依据。
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