冶金轧辊堆焊层表面开裂失效分析及其有限元分析.pdf

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1、{鼍仆-e粤了；声、‘◆分类号UDC冶金轧辊堆焊层表及其有限指导教师于志伟学位授予单位郭小申请学位级别工学硕士论文完成日期2011．05答辩委员会主席一f啊刁／一，≥，卜—]FailureAnalysisonCrackedHardfacingLayerofMetallurgicalRollerandFiniteElementCalculationAthesisSubmittedtoDalianMaritimeUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringby

2、GuoXiaoyan(MaterialScienceandEngineering)ThesisSupervisor：ProfessorYuzhiweiJune2011一，箩。．．一r‘‘、、’口l大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成硕士学位论文==猃全塾基堡埕屋盔画珏型塞夔佥盘厘墓直陧五盆折：：．。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律

3、责任由本人承担。学位论文作者签名：学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文

4、在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密∥(请在以上方框内打。√")V论文作者签名：～I、Fta‘中文摘要摘要论文以冶金轧辊表面埋弧堆焊层为研究对象，利用体视显微镜、扫描电镜观察了堆焊层裂纹及裂纹断口宏观形貌、微观形貌。利用洛氏硬度计测定堆焊层、过渡层和基体硬度。利用金相显微镜观察堆焊层、过渡层及基体金相组织。利用XRD测定堆焊层残余奥氏体量。利用发射光谱仪测定堆焊层、过渡层及基体材料化学成分。利用X射线能谱仪测定断口表面微区化学成分。通过上述方法确定轧辊失效性质及失效原因。本文基于ANSYS有限元平台，根据该件轧辊堆焊环境，应用热．

5、结构耦合法模拟轧辊焊缝及其附近区域堆焊降温过程中温度场，分析其轴向、周向和径向热应力场；并比较了不同焊接线能量输入下的堆焊层热应力场变化。论文主要研究结论如下：(1)轧辊堆焊层表面及纵向剖面堆焊层均观察到短裂纹和沿晶微裂纹，横向剖面的堆焊层及母材均未观察到裂纹。短裂纹为结晶裂纹(长度为l一10ram)，位于焊缝中心主要呈横向。沿晶微裂纹为再热裂纹，位于近缝区粗晶部位主要呈横向穿越晶界铁素体。(2)堆焊层整体P含量(0．025％)超过技术要求和枝晶表面v(o．05～0．06％)、s(o．05-0．12％)含量过高是堆焊层产生结晶裂纹的成分因素。堆焊层材料含有较高含量的Mo

6、、V等碳化物形成元素和晶界弱化元素P(0．04％)、s(o．03％)是堆焊层产生再热裂纹的成分因素。(3)模拟轴向热应力峰值区位于轧辊焊缝中心，周向、径向热应力峰值区位于轧辊热影响区。轴向热应力(242MPa，1100'c)远大于周向热应力(171MPa，1100"(2)和径向热应力(48MPa，1100℃)。轴向热应力较大，且热应力峰值区出现在轧辊焊缝中心是堆焊层发生横向开裂的力学因素。(4)模拟热应力随着焊道宽度减小而减小，即热应力随焊接线能量输入减少而减小。减小焊接线能量输入能避免堆焊热应力过大。关键词：轧辊；埋弧堆焊；热裂纹；失效分析；热应力；有限元分析英文摘要

7、ABSTRACTAfailureinvestigationhasbeenconductedonasubme唱ed．arcsurfacingroller．Crackmorphology,macroand．micro-fracturemorphologyoffailedrollerwereobservedbystereomicroscopyandscanningelectronmicroscopy(SEM)．ThehardnessprofilesinvariousregionswereevaluatedbyRockwellHardnessTe