热轧辊工作层材料的激光辅助金属沉积成形与组织性能

以强韧化、高耐磨热轧辊工作层材料制备为目标，利用激光辅助金属沉积成形技术，建立一种在廉价辊芯材料表面制备强韧化、高耐磨工作层的新方法。在沉积层设计中，采用高速钢、Co基合金和微细颗粒添加保证工作层的高硬度和高耐磨性；通过成分设计和交错沉积，改变成分和微结构的梯度分布及后处理来调控沉积层的残余应力分布并实现其强韧化；通过多层沉积增加沉积层厚度进一步提高其磨损寿命。研究激光工艺参数、交错沉积模式、辊芯材质和表面状态等对沉积过程的影响，建立激光辅助金属直接沉积工艺与沉积层尺寸、厚度、沉积率等特征的理论模型并优化沉积工艺；用电镜、X射线衍射仪、能谱仪和穆谱仪等表征和测试所制备沉积层的微结构，研究沉积机理和相变规律，阐明沉积过程与机理；研究沉积层的磨损和氧化行为，探讨其磨损机制和氧化机制；制作实验室规模的激光辅助金属沉积成形系统，制备成分、微结构与性能俱佳的工作层样品，发展热轧辊制造和激光应用技术。

.按照项目预定的利用激光辅助金属沉积成形技术制备强韧化、高耐磨热轧辊工作层材料的研究目标，完成了项目任务书约定的全部工作任务和目标要求。采用3种模式的激光器，包括：CO2气体激光器、Nd:YAG固体激光器和半导体激光器，在4种传统热轧辊材料（铸铁、1018钢、45钢、高镍铬铸钢等）表面制备出3类工作层材料，包括：高速钢、Co基合金和Cr与C微细颗粒添加沉积层，全面开展了制备技术及其成形层组织性能的研究。研究结果表明：沉积层与基体之间形成了良好的冶金结合，显微组织为典型的快速凝固组织形貌，硬度、耐磨性与磨损寿命、抗热震性等均得到显著提高。研究发现，一定条件下，沉积层会出现开裂，其原因在于沉积层内部存在较大的残余应力：热应力和相变应力。通过物性相容性成分设计、沉积层重熔、基体预热和调控激光工艺等可以减轻和避免裂纹形成，取得明显的效果。在完善和优化制备工艺的基础上，结合3000W的半导体激光器，设计制作出了一套实验室规模的激光辅助金属沉积成形系统，能够开展工作层样品的制备，并能够开展冶金行业易备件咬入棍、炉底辊、辊道辊等的表面强化和再制造，为发展热轧辊制造和激光应用技术积累了很重要的工作基础。.