弯管机辊轴表面硬化处理机理及磨损性能研究

• 作 者: 吕海鸥
• 出 处: 沈阳工业大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 弯管机辊轴 激光硬化 等离子弧表面淬火 磨损试验

在建筑、火电安装、仓库、码头等施工现场，弯管机被广泛使用。在弯管过程中辊轴和模头（弯胎）表面不能有过分的损伤，否则将影响管道的使用性能。辊轴和模头的磨损主要是与钢管之间的滑动摩擦引起的，而引起磨损的主要因素是弯管压力、辊轴和模头与工件之间的硬度差、辊轴和模头与工件之间的摩擦系数等。辊轴和模头表面的磨损直接影响弯管质量和加工成本。本文针对弯管机辊轴及模头严重磨损的实际问题，采用激光技术和等离子弧淬火技术对辊轴及模头材料40Cr合金钢表面进行了高能量密度表面改性试验研究，并论述了激光各工艺参数（激光功率、扫描速度和光斑尺寸等）对其相变组织、深度和硬度的影响。用不同处理方式的40Cr合金钢与钢管常用材料冷轧Q235钢组成摩擦副，在干摩擦和油润滑状态下进行了磨损试验研究。通过干摩擦和油润滑状态下的磨损试验研究，比较了两种高能量密度表面改性处理的材料性能，为辊轴及模头的合理使用及加工提供了依据。本文研究的成果主要有：（1）采用CO₂激光器和等离子弧淬火对40Cr钢进行表面相变硬化试验。研究结果表明，40Cr表面产生硬化的机理主要是材料表面瞬间产生高温，冷却速度快，表面金相组织由原来的珠光体转变成马氏体。（2）对40Cr进行激光硬化和等离子弧淬火后，与冷轧Q235钢配副进行了干摩擦和润滑油润滑磨损试验研究。通过干摩擦与油润滑条件下的平均磨损速率对比可以看到，在油润滑条件下，激光处理40Cr耐磨性可以提高约23倍。等离子加工40Cr耐磨性可以提高约13倍。加入润滑油后，大大减少了磨损量，有利于提高弯管质量。（3）对40Cr表面分别进行了常规处理，等离子弧淬火和激光处理，通过对比试验研究，结果表明，两种高能量密度处理表面硬度大于常规处理表面，通过高能量密度处理可以提高合金钢表面耐磨性，提高辊轴及模头的使用寿命。