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复合轧辊是轧钢生产过程中轧机的主要消耗部件,要求其同时满足工作层的耐磨性和辊芯的强韧性。高铬铸铁-球墨铸铁双金属复合轧辊作为最常用的复合轧辊之一,具有良好的发展前景。本课题利用Thermo-Calc热力学计算软件研究复合材料随温度及保温时间变化时析出相及元素的变化规律;采用10 kg中频真空感应炉,通过改变浇注温度及液固体积比,研究了不同工艺参数对液固双金属复合材料复合情况的影响;通过热处理实验及组织和性能检测来研究热处理工艺对复合材料的影响规律。具体研究如下:(1)利用Thermo-Calc热力学计算软件计算了高铬铸铁分别随C元素和Cr元素含量变化时的相图及性质图,以实验用高铬铸铁成分进行计算可知,随温度降低,高铬铸铁的最终平衡凝固组织为少量马氏体+奥氏体+M7C3型共晶碳化物,随高铬铸铁中铬碳比的增加,共晶M7C3型碳化物及其转化成的M23C6型碳化物都明显增加。同时,M7C3型碳化物的开始析出温度并不受C含量或Cr含量的影响;M23C6型碳化物的开始析出温度随碳含量增加而降低,随Cr含量增加而升高。通过对不同温度下各相质量分数随C和Cr含量变化规律的计算可知,随C和Cr含量升高,高铬铸铁中奥氏体含量逐渐降低,且温度越高,奥氏体含量也越高;相反地,M7C3型碳化物含量逐渐升高,且温度越高,M7C3型碳化物含量反而越低。(2)利用10kg真空感应炉进行双金属液固复合实验,芯材球墨铸铁的直径分别选择Φ30 mm、Φ35 mm、Φ40 mm,浇注温度分别选择为 1520℃、1550℃、1580℃、1600℃。结果表明,芯材直径越小,浇注温度越高,两种材料结合效果越好,但芯材直径过小或浇注温度过高都不利于实际生产。(3)通过金相显微镜确定高铬铸铁的铸态组织为奥氏体+M7C3型碳化物+少量马氏体,该结果与热力学计算结果相符合。用箱式电阻炉对复合材料进行热处理,分别研究淬火工艺和回火工艺对复合材料组织和性能的影响,结果表明,925℃保温2 h+雾冷淬火不仅能使外层高铬铸铁达到较高的硬度,同时可使芯材球墨铸铁的抗拉强度和冲击韧性满足指标,还可使结合界面元素发生充分扩散,增加界面宽度,从而提高界面性能。淬火后进行450℃回火,可保证高铬铸铁在维持较高硬度的同时,且不影响球墨铸铁和结合界面的性能。