[發明專利]熱軋輥表面脈沖放電離散強化方法

無效

• 申請號: 201010238878.0
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN101914659A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 王之桐
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C21D9/38
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟;馬知非

技術領域

本發明涉及一種熱軋輥表面強化方法，特別涉及一種脈沖放電表面離散強化方法。

背景技術

熱軋作業時如開坯、軋制型鋼、線材、板材、帶鋼等均使用熱軋輥。熱軋輥的工作條件惡劣，軋輥在承受大的下壓力的同時，軋輥表面與軋材之間存在周期性作用的接觸應力。此外，在軋制過程中，由于軋輥反復被軋材(一般溫度1100℃左右)加熱及冷卻水冷卻，經受的溫度變化幅度較大，軋輥還承受周期性作用的熱應力。在周期性接觸應力和熱應力作用下，熱軋輥的失效形式主要表現為斷裂和表面疲勞磨損，因此要求熱軋輥材料不但有較好的強度和韌性，而且要有較高的抗表面疲勞磨損性能。通過對熱軋輥表面強化能夠提高軋輥的抗疲勞磨損性能，同時不影響軋輥心部的韌性。

目前對熱軋輥表面強化多采用面狀處理，例如，中國專利：申請號200610047997，發明名稱：一種冶金熱軋輥表面激光納米陶瓷合金化工藝，它使用CO₂激光和納米陶瓷涂料層對軋輥表面進行合金化。例如，中國專利：公開號1438088，發明名稱：大型軋輥硬面堆焊修復方法，它使用焊絲堆焊的方法來修復大型軋輥。面狀強化熱輸入大，對于大型軋輥加工裂紋很難避免。

本發明采用脈沖放電的方法對熱軋輥表面進行離散強化。離散強化方法具有如下特點：1.強化點具有高于基體的硬度，能夠提高表面耐磨性，同時一定深度的強化點具有阻滯疲勞裂紋擴展的作用，能夠提高軋輥表面的疲勞壽命。2.離散強化加工保留了基體的韌性，熱輸入比較小，能夠更好的釋放應力，避免加工過程中工藝裂紋的產生。3.離散強化加工具有更高的加工速度。

目前，采用離散表面強化的方法有，中國專利：公開號1358602，發明名稱：采用高頻脈沖激光對熱軋輥強化的系統及強化方法，它采用高頻脈沖激光對熱軋輥進行強化。與該專利相比較，脈沖放電離散強化比激光離散強化的效率更高，實施更加方便。同時，通過電極熔化可以對強化點實施合金化，能夠進一步的提高軋輥表面的疲勞性能。

發明內容

針對熱軋輥使用過程中的問題，本發明提出了利用脈沖放電離散強化軋輥表面的方法。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案為：一種熱軋輥表面脈沖放電離散強化方法，在空氣中使用工具電極和軋輥構成電極對，所述工具電極為負極性，所述軋輥為正極并接地；工具電極和軋輥表面保持一定的距離；在放電電源作用下，工具電極和軋輥之間的電極間隙被擊穿形成電弧，電弧對軋輥表面進行加熱，并形成熔池，后經自淬火冷卻后在軋輥表面形成強化點。

進一步，所述電極對在放電電源的控制下進行放電，放電電源可以控制脈沖寬度，脈沖電流和重復頻率。

進一步，在放電過程中使用保護氣體，所述保護氣體為氬氣或氮氣，保護熔池和放電電極不被氧化。

進一步，通過調整電流、脈沖寬度和工具電極頭部曲率可以獲得不同深徑比的放電點，從而滿足所述軋輥疲勞強度的要求。

進一步，通過調整電弧壓力可以獲得平坦的強化點。

進一步，工具電極采用高熔點合金或低熔點合金制成；高熔點合金電極的損耗小，適合用于熔凝強化加工；低熔點合金電極在放電加工過程中發生微熔，電極成分混入與熔池中，對熔池進行了合金化。

進一步，所述高熔點合金為鎢合金。

進一步，離散放電點相互分開，保留部分原始表面；或相互覆蓋，將原始表面完全覆蓋。

進一步，對離散強化表面進行磨削，獲得光潔的表面；或直接使用強化后的軋輥進行軋制。

本發明中所公開的熱軋輥表面強化方法利用脈沖放電在軋輥表面產生離散強化點。通過調整電流、脈沖寬度和工具電極頭部曲率可以獲得不同深徑比的放電點，通過使用不同的電極材料可以對軋輥進行熔凝強化和合金化。通過控制加工參數可以調整強化點的分布，使強化點相互分開或相互覆蓋。與面狀強化相比，離散強化方法既能提高表面的耐磨性和疲勞性能，又能減小熱輸入，避免加工過程中工藝裂紋的產生。

附圖說明

圖1為本發明的原理圖；

1-工具電極，2-軋輥，3-電極頭部，4-電弧，5-強化點，6-電極和軋輥的夾角，7-氣嘴，8-保護氣，9-軋輥轉速；

圖2強化點相互分開的表面照片；

圖3強化點相互覆蓋的表面照片；

圖4強化點橫截面照片。

具體實施方式

如圖1中所示，圓柱形的工具電極1和軋輥2構成電極對，工具電極1為負極，軋輥2為正極并接地。

圓柱形的工具電極1具有圓錐型的電極頭部3，電極頭部3的頭部曲率可以改變，以調整強化點直徑。