【導(dǎo)讀】使學生了解、設(shè)計60SiMnMo熱軋輥的熱處理工藝，融會貫通相關(guān)專業(yè)課程理論知識，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、分析問題和解決問題的能力。通過查找資料充實、完善各項給定的設(shè)計內(nèi)容。分析熱處理過程中可能出現(xiàn)的缺陷，針對這些缺陷提出預(yù)防措施或補救措施。提交設(shè)計說明書（報告），2千字以上。報告格式請參照“畢業(yè)論文（設(shè)計）”格。[4]中國機械工程學會熱處理學會．熱處理手冊［Ｍ］．機械工業(yè)出版社．2020．第三版.01學習態(tài)度6遵守各項紀律，工作刻苦努力，具有良好的科學工作態(tài)度。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。程進行恰當?shù)奶幚砜梢垣@得各種性能良好的材料并且滿足各項性能的要求。60SiMnMo熱軋輥使用在開坯，厚板，型鋼等加工中。輥只采用整體正火或淬火，表面硬度要求196~269HB。

　　

【正文】 故的斷輥形式為韌性斷裂。脆性斷裂和韌性斷裂都是因為軋輥應(yīng)力超過芯部強度造成的。 其產(chǎn)生原因與軋輥本身殘余應(yīng)力，軋制時機械應(yīng)力以及軋輥熱應(yīng)力有關(guān)，特別是當輥身的表面和芯部的溫差大時更容易產(chǎn)生。這種溫差可能由不良的輥冷卻，冷卻中斷或在新的軋制周期開始時軋輥表面過熱引起。軋輥的這種表面和芯部間的巨大溫差引起較大的熱應(yīng)力，當較大的熱應(yīng)力，機械應(yīng)力以及軋輥的殘余應(yīng)力超過軋輥的芯部強度時引起斷輥。例如，軋輥表面和芯部間的溫差在 70℃時軋輥會增加 100MPa 的縱向熱應(yīng)力，溫差越大，增加的 熱應(yīng)力越大。與產(chǎn)生脆性斷口的軋輥相比較，產(chǎn)生韌性斷口的軋輥的芯部材料韌性更好，更不容易出現(xiàn)斷裂。 導(dǎo)致軋輥失效的應(yīng)力共有四種： ① 、制造過程中的殘余應(yīng)力； ② 、軋制過程中的機械應(yīng)力； ③ 、軋制過程中軋輥的組織應(yīng)力； ④ 、軋輥內(nèi)外溫差造成的熱應(yīng)力。 如果是因為制造殘余應(yīng)力過大產(chǎn)生斷裂，斷輥通常發(fā)生在軋輥初始上機使用的前幾次，且為開軋的前幾塊軋材。此次斷裂的軋輥已經(jīng)上機軋制了四次，工作層消耗了 14mm，因此不應(yīng)是因制造殘余應(yīng)力形成的斷裂。 如果是因為機械應(yīng)力產(chǎn)生的斷裂，需要很大的機械應(yīng)力。經(jīng)粗略計算，如此大截面的高鉻鑄鋼軋輥若被機械應(yīng)力拉斷，則需要 100MN 以上的拉力，對于該軋輥工作的軋機來說這是不可能的。軋輥受力最大的部位是傳動端輥頸，如果材料的力學性能指標不足，正常軋制情況下首先損壞的是傳動端輥頸。從實際軋制和斷輥情況來看，不是由于機械應(yīng)力造成輥身斷裂。 對組織應(yīng)力影響最大的就是外層組織中殘余奧氏體含量。殘余奧氏體在軋制溫度，軋制壓力和水冷的交變作用下，發(fā)生奧氏體向馬氏體或貝氏體的轉(zhuǎn)變，由于 奧氏體的比容小，而馬氏體的比容大，因而在組織轉(zhuǎn)變的過程中伴隨著體積的膨脹，會致使軋輥的工作層產(chǎn)生更大的壓應(yīng)力，芯部產(chǎn)生更大的拉應(yīng)力，芯部應(yīng)力一旦超過材料的強度，必然造成軋輥斷裂?？紤]到殘余奧氏體對組織應(yīng)力的影響及熱帶連軋機軋輥的工作條件，一般軋輥的殘余奧氏體含量控制在小于 5%即攀枝花學院本科課程設(shè)計（論文） 4 分析與討論 13 可保證安全使用。該斷裂軋輥的外層組織中殘余奧氏體含量小于 1%，故組織應(yīng)力可以忽略不計。 軋輥斷裂也可能與溫度不均勻造成的熱應(yīng)力有關(guān)。軋輥在上機使用過程中，由于與軋材的緊密接觸，軋輥表面溫度迅速上升，而軋輥芯部的溫度上升較慢，這時軋輥 面和軋輥芯部之間的溫差處于最大值，溫差引起的軋輥熱應(yīng)力也處于最大值。如果軋輥的熱應(yīng)力和軋輥的殘余應(yīng)力相疊加，并且超過了軋輥芯部的強度極限時就可能發(fā)生軋輥斷裂的事故。 斷裂的防止方法： 防止斷裂應(yīng)該從減小制造殘余應(yīng)力，機械應(yīng)力，組織應(yīng)力和 [1]熱應(yīng)力四方面進行。 一般情況下大部分制造殘余應(yīng)力會在熱處理過程中消除，并且會隨著軋輥的存放時間延長而逐漸消除，因此新軋輥存放一段時間再使用，能夠降低斷輥風險。避免較大機械應(yīng)力的方法主要是避免過冷鋼。降低組織應(yīng)力的方法是通過熱處理將輥身工作層殘余奧氏體含量控制在小于 5%以 下。減小熱應(yīng)力的辦法是在軋鋼過程中對軋輥進行良好的冷卻。 制造殘余應(yīng)力，機械應(yīng)力，組織應(yīng)力和熱應(yīng)力是造成高鉻鋼軋輥斷裂的主要原因，良好的熱處理，軋制條件和冷卻可以有效防治高鉻鋼軋輥斷裂 [2]。 攀枝花學院本科課程設(shè)計（論文） 5 結(jié)束語 14 5 結(jié)束語 熱處理可以改變材料的金相組織，保證 軋輥必須的強度、耐磨性、紅硬性和熱疲勞強度等，對軋輥的使用壽命起著非常重要的作用，正確的熱處理工藝是提高軋輥使用壽命的關(guān)鍵。合理選材及采用合適的熱處理方式制造軋輥，不僅可以節(jié)約大量輥材，而且還能降低軋鋼生產(chǎn)成本，提高軋輥的質(zhì)量和產(chǎn)量。 通過這次 60SiMnMo 熱軋輥的熱處理工藝設(shè)計的學習，讓我認識到自身的不足，應(yīng)該更努力的學習金屬學的知識來充是自己，完善以后的實驗論文， 同時各科相關(guān)的課程都有了全方面的認識，獨立思考的能力也有所提高。 使用條件是 軋機部件中軋輥的工作條件最為復(fù)雜。軋輥在制造和使用前的準備工序中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力。使用時又進一步受到了各種周期應(yīng)力的作用 ,包括有彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪力、接觸應(yīng)力和熱應(yīng)力等。這些應(yīng)力沿輥身的分布是不均勻的、不斷變化的，其原因不僅有設(shè)計因素，還有軋輥在使用中磨損、溫度和輥形的不斷變化。此外，軋制條件經(jīng)常會出現(xiàn)異常情 況。軋輥在使用后冷卻不當，也會受到熱應(yīng)力的損害。所以軋輥除磨損外，還經(jīng)常出現(xiàn)裂紋、斷裂、剝落、壓痕等各種局部損傷和表面損傷。一個好的軋輥，其強度、耐磨性和其他各種性能指標間應(yīng)有較優(yōu)的匹配。這樣，不僅在正常軋制條件下持久耐用，又能在出現(xiàn)某些異常軋制情況時損傷較小。所以在制造軋輥時要嚴格控制軋輥的冶金質(zhì)量或輔以外部措施以增強軋輥的承載能力。合理的輥形、孔型、變形制度和軋制條件也能減小軋輥工作負荷，避免局部高峰應(yīng)力，延長軋輥壽命。 性能要具有 ① 材質(zhì)均勻，表面硬度均勻； ② 高的 淬透性 ； ③ 的熱膨脹系數(shù)，意味著較小的體積膨脹，亦即較低的熱應(yīng)力積累； ④ 的熱傳導(dǎo)性能；高的熱傳導(dǎo)性能降低了熱溫差，從而降低了熱應(yīng)力； ⑤ 的高溫屈服強度，高的高溫屈服強度有利于對抗龜裂； ⑥ 良的抗回火能力，如果鋼材最初具有的高溫屈服強度，會在高溫狀態(tài)長時間使用而降低，則意味著熱龜裂破壞會加速形成，故軋輥材料具有良好的長時間高溫抗軟化性能顯得非常重要； ⑦ 的抗氧化性； ⑧ 的高溫蠕變強度，蠕變強度是指金屬在某一溫度下，經(jīng)過一定時間后，蠕變量不超過一定限度時的最大允許應(yīng)力。 攀枝花學院本科課程設(shè)計（論文） 6 熱處理工藝卡 15 6 熱處理工藝卡片 零件名稱： 軋輥 熱處理工藝卡 處理要求： 冶煉→鑄造→粗加工→熱處理→精加工→淬火、回火 →性能、探傷等檢測→成品 熱處理技術(shù)要求： 室溫控制在接近 850℃ 硬度： 196~302HBW 材料： 60SiMnMo 鋼 工序號 名稱 設(shè) 備 工具 裝 料 工 藝 規(guī) 范 冷 卻 備 注 工具數(shù) 量 一工具裝數(shù)量 / 件 溫度 /℃ 加熱時 間 保溫時 /h 間 合計 介質(zhì) 溫度 /℃ 1 鍛造加熱 900~1000 爐冷 2 退火 810~840 1h 2~4h 34h 冷水 3 滲碳 900~950 5min 2h 2h 滲碳氣氛 4 淬火 860~870 25 min 25 min 空氣 5 回火 650~680 1h 1h 6 7 8 9 10 更該日期 更改 單號 更改 標準 更改者 攀枝花學院本科課程設(shè)計（論文） 參考文獻 16 參 考 文 獻 [1] 百度文庫 [2] 韓靜濤，鄭申白， 軋輥制造與使用，北京；化學工業(yè)出版社， 2020 年 2 月， 45~53. [3] 熊運昌，梁秀山，楊凌平，熱 軋輥的選材及熱處理，機械研究與應(yīng)用， 2020,15(1)： 1. [4] 范逸明，簡明金屬熱處理工手冊，北京；國防工 業(yè)出版社， 2020 年 3 月， 117~118. [5] 催忠圻，金屬學與熱處理，北京；機械工業(yè)出版社， 2020 年 7 月， 298. [6] 劉常升，才慶魁，鋼的疲勞斷裂，東北大學學報（自然科學版）， 1995,16. [7] 崔中圻 ,譚耀春 .金屬學與熱處理（第 2版） [M].北京 ,機械工業(yè)出版社 .2020,1. [8] 林約利 ,程芝蘇 .簡明金屬熱處理手冊（第二版） [M].上海 ,上?？萍汲霭嫔?.2020,3. [9] 渠彬，朱世根，顧偉生， 軋輥失效方式及其原因分析，山東冶金， 2020,27(1)： 31. [10]葉為德， 鍛鋼 軋輥雙頻 淬火新工業(yè)探索 [J]，機械科學與技術(shù)， 1991(6)： 31.