高钒高速钢/ 35CrMo 复合轧辊界面组织和性能研究？(3)

高钒高速钢/ 35CrMo 复合轧辊界面组织和性能研究？(3)

2. 4复合界面力学性能分析
2. 4. 1结合区的显微硬度
用MH-3 数显显微硬度仪检测复合轧辊试样在结合界面附近的显微硬度( HV) 分布, 载荷为1. 96 N,在试样界面及两测均匀打点, 其显微硬度分布见图6。

图6高速钢/ 35CrMo 界面附近显微硬度分布
由图6 可以看出, 在复合界面高钒高速钢一侧的显微硬度值接近700 HV, 而35CrMo 的显微硬度在250 HV以下, 界面中心部位的显微硬度大于350 HV。这主要是由于结合区的存在, 结合区合金元素的含量介于外层合金和35CrMo 芯轴之间, 并且组织中除了细珠光体和回火索氏体之外, 还含有少量的碳化物, 使得结合区的显微硬度低于外层合金的显微硬度, 而高于35CrMo 的显微硬度, 无突变式的依次降低, 有利于改善轧辊使用过程中的受力状态, 避免在界面处出现意外损伤。
2. 2. 2冲击韧度
在实际生产中, 对于轧辊既要求具有较高的硬度以获得优良的磨损性能, 同时又常要求材料有良好的冲击韧性, 以抵抗工作过程中轧材的冲击作用, 防止轧辊发生意外断裂。
试验表明, 铸造高钒高速钢/ 35CrMo 复合轧辊结合区的冲击韧性与高钒高速钢耐磨层在断面中所占比例有关。本试验条件下, 高钒高速钢耐磨层所占比例50 % 时, 试样冲不断; 高钒高速钢耐磨层所占比例> 50%时, 试样冲击断裂。在保温420 s 的条件下, 高钒高速钢耐磨层在断面中所占比例k 对复合界面耐磨层冲击韧度的影响见图7。可以看出, 面积比k 对复合界面的冲击韧度影响很大, 随着面积比k 的增加冲击韧度快速下降; 但当面积比小于70% 时, 复合界面冲击韧度仍在20 J/ cm2 以上, 仍具有较高的韧性。这说明虽然高钒高速钢耐磨层韧性较差( 7 J/ cm2 左右) ,但芯轴韧性较好, 在获得良好冶金结合的条件下, 只要根据实际工况条件, 合理选定芯轴的尺寸, 就可满足复合轧辊对冲击性能的要求。

图7耐磨层面积对冲击韧度的影响
3结论
( 1) 界面扩散层厚度为40um 左右, 层内显微组织为珠光体, 近界面钢侧为珠光体, 近界面耐磨层侧为马氏体。
( 2) 界面钢侧和界面耐磨层侧显微硬度分别约为250 HV 和700 HV, 界面扩散层显微硬度为350 HV左右。
( 3) 实验条件下k= 55% 时, 试样冲击韧度值达到100 J/ cm2 ; k 70% 时, 冲击韧度值较低, 只有20 J/ cm2。随着k 值的增大, 界面冲击韧度快速下降,合理选定芯轴的尺寸, 就可满足复合轧辊对冲击性能的要求。
( 4) 电磁半连续复合铸造法制备的高钒高速钢/35CrMo 复合轧辊的界面结合机理为冶金结合和扩散结合, 界面具有良好的组织特征和力学性能。

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