离心铸造高速钢轧辊网状碳化物破碎实验研究

2016-08-18来源：暂无数据

本文通过对实验室条件下利用小型离心铸机制得的高速钢轧辊进行研究，重点探讨了不同钒铁－稀土变质量对离心铸造小型高速钢轧辊的显微组织及力学性能的影响，并初步分析了不同的淬火温度对高速钢轧辊最终性能的作用效果，为离心铸造高速钢轧辊的实际生产提供了参考。

高速钢硬度高、耐磨性好，且红硬性能优异，这些都使其成为轧辊制造的理想材料。今年来，高速钢轧辊的研究在成分设计[1]、变质处理[2]及热处理工艺[3]方面都取得了一定的进展。在高速钢轧辊的生产过程中，碳化物形态对轧辊的综合性能有着至关重要的影响。本文重点研究了钒铁－稀土变质对改善碳化物形态及对高速钢轧辊力学性能的影响，并初步探讨了淬火温度的作用效果，试图为高速钢轧辊的实际研制和生产提供实验依据。
1．实验条件
实验高速钢轧辊的化学成分设计如表1-1所示。

1.1 砂型铸造
可用砂型铸造小型高速钢铸件来近似模拟现场的生产条件，以考查实际冷却条件下孕育量变化对高速钢性能的影响。
高速钢采用碱性中频感应电炉熔炼，出炉温度为1600℃左右，在浇包内使用钒铁－稀土复合变质剂（颗粒度为1mm）采用冲入法对钢水进行变质处理，然后浇注楔形试样。砂型高速钢铸件的化学成分见表1-2。

待冷却后取样，热处理后观察金相组织，确定复合变质剂的变质效果。
1.2 离心铸造
离心铸造5炉，轧辊的尺寸为φ180×150mm，具体成分如表1-3所示。

表1-3离心铸造高速钢轧辊外层化学成分（Wt%）

待冷却后取样，热处理后观察金相组织，打硬度，并测其抗拉强度。

1.3 热处理工艺

高速钢轧辊的退火工艺[4]为：880℃×4h，炉冷至750℃，保温3h，炉冷至室温。

对于高速钢辊环，淬火温度控制在1180℃左右，淬火冷却方式采用空淬或水淬，然后在550℃左右回火两次。即选用的热处理工艺为：（1180℃×（3～4）h），空淬＋{550℃×（3～5）h，炉冷}×2次。

对于砂型铸造高速钢件，退火、淬火及回火温度范围不变。由于体积较小，保温时间可适当缩短至2～3个小时，淬火方式为水淬。

1.4 淬火温度的影响

对于特定成分的高速钢轧辊，固定回火温度和次数，变更淬火温度，可得知淬火温度对力学性能的影响。

2 实验结果及分析

2.1 砂型铸件

2.1.1 退火态组织及孕育效果

金相试样经过退火热处理，其显微组织如图2-1、2-2、2-3所示。

由退火态金相组织可见，复合变质剂量为零的试样，碳化物为连续网状分布，随着变质剂量的增加，碳化物有不同程度的破碎，至1.0％变质剂量时，合金碳化物的形态有了很大改善，倾向于孤立分布。
2.1.2 回火态硬度
砂型试样经过热处理后，采用HR-150型洛氏硬度计，载荷150kg，打硬度三次。结果见表2-1。

2-1 砂型铸造高速钢回火态洛氏硬度

由硬度数据可知，经淬火＋两次回火热处理的高速钢试样，硬度可高达HRC63左右（试样1-1和1-3）
2.2 离心铸造轧辊的组织和性能
2.2.1 金相组织（回火态）
辊环铸件经过（淬火＋回火）热处理后，其典型显微组织如图2-4、2-5所示。

3．结论
（1）采用钒铁－RE进行变质处理，可有效的改善高速钢轧辊中的碳化物形态，消除典型的网状组织，经（淬火＋回火）热处理后能获得优良的综合力学性能。
（2）在一定的范围内，随着钒铁－RE复合变质剂量的增加，硬度值增加，至1.0％时，硬度到达一个峰值，冲击韧性、抗压强度、抗拉强度等其他力学指标也达到一个较为理想的值。
（3）只要淬火温度高于1000℃，高速钢（淬火＋回火）热处理后得到的硬度都相当高，在HRC60左右。并且在1050℃左右出现一个相对的峰值。超过1050℃，随着淬火温度的升高，硬度值有所下降。

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