论文部分内容阅读
为了进一步提升冷轧辊使用寿命,本文针对MC3型冷轧辊生产制造过程中热处理工艺以及锻造工艺进行研究,探索了热处理及伺服锻造对其组织及性能的影响规律,为MC3冷轧辊制造工艺优化提供理论与实验依据。本文使用Jmatpro金属材料性能模拟软件模拟了MC3钢的平衡相图,并以此为依据制定热处理及伺服锻造工艺,本文也采用有限元分析方法,并借助Deform-3D软件模拟分析优化了其伺服锻造工艺并结合实验进行验证。同时本文采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、万能试验机、冲击试验机、摩擦磨损试验机、硬度计等研究了淬火温度、回火温度、等温球化退火温度和伺服锻造压下率对MC3钢组织和性能的影响规律与机制。主要结论如下:（1）采用Jmatpro软件模拟了MC3钢平衡相图,并以此为依据制定了热处理工艺。在室温下,MC3钢的平衡相组成主要为铁素体（88.3%）、渗碳体（6.64%）和碳氮化合物（3.82%）组成,其奥氏体临界转变温度Ac1和Acm分别为758.5℃和960.8℃。（2）结合所制定的淬火热处理工艺,通过实验研究,分析了淬火处理对热轧退火态MC3钢组织与性能的影响。淬火后的MC3钢组织主要由隐针状马氏体、未溶M3C型碳化物以及残余奥氏体组成。随着淬火温度的提升,隐针状马氏体会逐渐粗化,碳化物的溶解量逐渐增多,残余奥氏体含量逐渐增多,当在960℃淬火时,MC3钢组织中的碳化物几乎完全溶解,马氏体急剧粗化,残余奥氏体含量急剧增加。在性能方面,随着淬火温度的提升,MC3钢的硬度、强度以及耐磨性均呈先提升后降低的趋势,当在920℃淬火时,其硬度达到最大值为63.8HRC,同时抗压强度和屈服强度也达到最大值分别为3148.4MPa和2322.4MPa,此时的耐磨性最佳,平均摩擦系数和体积磨损量分别为0.61、0.164mm~3。（3）结合所制定的回火热处理工艺,通过实验研究,分析了回火处理对热轧退火态MC3钢组织与性能的影响。经920℃淬火的MC3钢在550～750℃回火后,组织均为回火索氏体,且随着回火温度的提升,析出碳化物形态由片状逐渐向短棒状、颗粒状转变,分布也更加均匀弥散,同时α相基体逐渐发生回复与再结晶,原隐针状马氏体位向消失,位错密度不断降低。当在750℃回火时,等轴铁素体长大粗化,颗粒状碳化物也发生聚集长大。在力学性能方面,随着回火温度的提高,MC3钢的硬度和强度呈逐渐降低的趋势,而塑性和韧性呈逐渐提高的趋势。当在700℃回火时,MC3钢的硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率和冲击功分别达到39.2HRC、902MPa、803 MPa、11.9%、9.8J,综合力学性能最优。（4）采用有限元分析的方法,对MC3钢伺服锻造工艺进行了分析,获得了优化的锻造工艺并进行了实验验证。通过Deform-3D软件对伺服锻造工艺进行模拟,随着压下率的增大,锻件的平均温度逐渐降低,当压下率为25%时,锻件只有约52%的区域温度在850℃以上;同时随着压下率的增大,所需的锻造载荷呈逐渐提高的趋势,当压下率为25%时,锻造载荷急剧增大;而随着压下率的增大,锻件平均等效应变呈逐渐增大的趋势,且锻件芯部等效应变高于锻件边部,当锻造压下率为20%时,锻件整体等效应变均达到0.2以上,锻件完全锻透。当压下率为20%时,锻后MC3钢组织为片状珠光体组织,且硬度和强度较高,塑性韧性较差,其芯部硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率以及冲击功分别为54.2HRC、1265.2MPa、1095.5 MPa、0.67%、0.38J。（5）结合所制定的等温球化退火热处理工艺,通过实验研究,分析了等温球化退火处理对热轧退火态MC3钢组织与性能的影响。当退火奥氏体化温度较低时（760℃）,MC3钢组织中还存在大量层片状碳化物,随着退火奥氏体化温度的升高,碳化物的球化率和球化程度逐渐提高,但当退火奥氏体化温度达到850℃时,组织中又会生成少量片状碳化物。在力学性能方面,随着退火奥氏体化温度的升高,MC3钢的硬度和强度整体上呈降低趋势,而延伸率呈上升趋势,且在760～790℃之间变化幅度较大。当等温温度在660-720℃之间时,MC3钢均能得到良好的球化组织,且等温温度在700℃时的球化效果最佳,随着等温温度的升高MC3钢的硬度和强度整体上呈下降趋势,而延伸率呈逐渐上升的趋势。（6）结合所优化的淬火与回火热处理工艺,通过实验研究,分析了其对热锻退火态MC3钢组织与性能的影响。相较于热轧态MC3钢,伺服锻造后的MC3钢再结晶更加充分,晶粒和碳化物尺寸更加细小,组织更加均匀。热轧退火态MC3钢经优化淬火热处理工艺处理后抗压强度、屈服强度和硬度分别为3148.4MPa、2322.4MPa、63.8HRC,而热锻退火态MC3钢经优化淬火工艺热处理后的抗压强度、屈服强度和硬度分别为3212.0MPa、2479.9MPa、64.3HRC。热轧退火态MC3钢经优化调质工艺处理后的抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击功和硬度分别为902MPa、803 MPa、11.9%、9.8J、39.2HRC,而热锻退火态MC3钢经优化调质工艺处理后的抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击功和硬度922 MPa、861 MPa、14%、11.7J、40HRC。