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1、轧辊材质热疲劳行为的研究荣守范 郭继伟 纪朝辉 沈大东 宋春梅摘要:合金白口铸铁在以热轧辊为代表的热疲劳磨损条件下应用已20年，但只发挥了其优良的耐磨性.对其主要失效形式和热疲劳行为了解甚少，本文对常用合金白口铸铁的热疲劳抗力和在热循环作用下的机械性能进行了反复试验和研究，证实了材料的热疲劳寿命主要取决于断裂的扩展速度.关键词:合金白口铸铁;轧辊;热疲劳中图分类号：TG113.25文献标识码:A文章编号：1008-1402（2000）01-0008-04INVESTIGATIONONTHERMALFATIGUEPERFORMANCEOFWHITECASTIRONALLOYOFROLLER
2、SRONGShou-fanGUOJi-weiJIZhao-huiSONGChun-meiYAOYu-huan(JiamusiUniversity,Heilongjiang154007,China)ABSTRACT:Thealloyingwhitecast-ironrepresentedbyrollershasbeenusingunderwearconditionforalmost20years.Itsgoodpropertyofwearresistancewasperformedwell.However,itsmainfailureform,thermalfatiguebehaviors
3、,islittleknown.Inthispaper,theresistancetothermalfatigueandmechanicalpropertiesundereffectofthermalcirculationofseveralcommonalloyingwhitecast-ironweretestedandinvestigatedrepetitively.Itprovesthatmaterials’thermalfatigueservelifemainlydeterminedbytheextendingspeedofthefracture.KEYWORDS:alloyingw
4、hitecast-iron；roller；heatfatigue0引言 热疲劳是轧辊失效的主要形式[1,2].近年来为了改善合金钢和球墨铸铁抗磨性能低，冷硬铸铁韧性和热疲劳抗力差等特点，“七五”期间开始引进，研究高合金白口铸铁轧辊和双金属复合轧辊[3,4]，但仅限于应用研究，有关热疲劳的研究报导甚少，因此，为了进一步开发高合金白口铸铁轧辊及高合金双金属复合铸造轧辊等新材质、新工艺，对白口铸铁热疲劳行为的研究具有重要的理论意义和现实意义.1试验方法1.1试样的化学成分及相关工艺参数试样选用４种合金白口铸铁，主要化学成分如表１所示． 表1合金白口铁的主要化学成份序号名称CSiMnCr
5、 WMo1Cr30.7～0.90.53 2.6～2.8 2W25Cr42.6～2.80.7～0.90.5425 3Cr18W2 2.6～2.8 0.7～0.90.5182 4Cr15Mo3 2.6～2.80.7～0.90.515 3 炉料在高频感应电炉中熔化,自约束试样先浇注成尺寸为44mm×44mm×80mm,重5kg的铸锭,然后用线切割方法加工成无缺口及有缺口两种试样,其形状和尺寸见图1a,b;外约束试样浇注成圆柱毛坯,加工成图1c所示形状.图1热疲劳试样1.2热疲劳试验方法1.2.1自约束热疲劳试验 自约束热疲劳试验在自制的试验机上进行,采用高频感应电炉加热,自来水
6、冷却,循环温度为750℃50℃,加热时间为10s,冷却时间为10s. 无缺口试样经６００次热循环后取下，将加热端在线切割机上切下４mm，然后将截面磨光﹑抛光，在读数显微镜下测量截面上热疲劳条数及深度分布． 有缺口试样每循环一定周次停机，观察缺口尖端热疲劳萌生，在放大３０倍的显微镜下，观察到裂纹出现时的循环次数作为热疲劳裂纹的萌生次数；测量热疲劳裂纹扩展长度，作出裂纹长度Ｌ和循环次数Ｎ之间的关系Ｌ－Ｎ曲线，曲线的斜度即热疲劳裂纹扩展速率.用其综合评价材料的热疲劳抗力.1．2．2外约束热疲劳试验 外约束热疲劳试验在coffin型热疲劳试验机上进行.试样直接通电加热，电压u=1v,电流I
7、=2000A,吹风冷却.加热时间为10s,冷却时间为10s,循环温度为600℃40℃,在热循环过程中，试件所受的外力由应力传感器经应变仪转变为载荷信号，与点焊在试样上的热电隅所测量的温度信号一起被送到ｘ-y记录仪上，记录下载荷-温度关系曲线，再由此作出应力σ-T关系曲线.根据σ-T曲线，分析材料在热循环过程中的力学特性及测量材料的热疲劳寿命.２试验结果及分析2．1自约束条件下的热疲劳试验 经650℃50℃,600次热循环后，试样横
