一种轧辊激光热冲击试验方法技术

本发明专利技术公开了一种轧辊激光热冲击试验方法，属于热冲击试验技术领域，包括以下几个步骤：步骤A、试样制备，步骤B、试样安放，步骤C、设置试验参数，步骤D、热冲击试验，步骤E、处理热冲击后试样。本发明专利技术通过设定半导体激光器的光斑大小、输出功率、扫描速度来控制热冲击的温度场，模拟不同温度下的热冲击，获得与实际工况相仿的热冲击效果，为指导轧辊生产、使用提供有效的数据支持。

Laser thermal shock test method for roller

The invention discloses a roll laser thermal shock test method, which belongs to the field of thermal shock test technology, including the following steps: step A, sample preparation, step B, sample placement, step C, set the test parameters, step D, thermal shock test, step E, heat treatment impact specimen. The present invention by setting the semiconductor laser spot size, output power, scanning speed to control the thermal shock temperature field simulation of thermal shock under different temperatures, thermal shock effect is similar with the actual working condition, guide roll production and provides effective data support.

【技术实现步骤摘要】
一种轧辊激光热冲击试验方法
本专利技术涉及热冲击试验
，尤其是一种轧辊激光热冲击试验方法。
技术介绍
当轧辊在轧制过程中出现卡钢、打滑、缠辊、粘辊等操作事故时，轧材与轧辊间的摩擦热和轧材的变形热在极短时间内骤然增加，使局部辊面温度迅速上升，有时可达700~900℃，甚至1000℃以上。此处金属发生膨胀，形成很大压应力，引起局部弹性压缩变形。当压应力超过轧辊材料在此温度下的弹性极限时，即产生塑性压缩变形。这种塑性变形使这一区域的金属在随后的冷却过程中不能完全恢复到原来形状，故在冷却时又形成拉应力。这种拉应力是热冲击温度的函数，即热冲击温度越高，受热时的塑性压缩变形越大，冷却时的拉应力也就越大。当拉应力超过轧辊材料的抗拉强度时，即发生热冲击裂纹。检验发现，热冲击还引起金属相变。经过淬火、回火处理的冷轧辊在热冲击区内发生重淬火现象，原来的回火马氏体组织变成淬火马氏体组织。热冲击区周围则发生高温回火，导致原有的回火马氏体分解和碳化物凝聚，因而形成相变应力，在热冲击区附近引发裂纹。热冲击裂纹还常在磨削时发生。当磨削过重或速度过快时，也会发生热冲击现象，形成磨削裂纹。如果出现因热冲击而开裂的过程时，需要轧辊材质经历快速加热和快速冷却，为了这个目的，很多诸如高频加热、火焰加热、直接电加热、熔铸金属加热、摩擦热的方法已经被人们试验过。激光因其高的能量密度，可以使被照射的物体表面迅速升温，更能有效模拟轧辊的热冲击现象。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种轧辊激光热冲击试验方法，通过设定半导体激光器的光斑大小、输出功率、扫描速度来控制热冲击的温度场，模拟不同温度下的热冲击，获得与实际工况相仿的热冲击效果，为指导轧辊生产、使用提供有效的数据支持。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种轧辊激光热冲击试验方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤A、试样制备：将试样分别进行热处理使之达到要求的组织和性能，切割加工成规格为L×W×H的试样，其中L×W面为热冲击面，并对热冲击面进行磨削加工至适宜粗糙度；步骤B、试样安放：将步骤A中制备的试样安放在试验台上，采用半导体激光器加热试样的热冲击面；步骤C、设置试验参数：以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为可调参数；步骤D、热冲击试验：其中试验过程分为以下几种情况：1）当试样为同种材质、相同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率为可调参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同加热温度下试样的热冲击抗力；2）当试样为同种材质、不同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为固定参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同处理工艺下试样的热冲击抗力；3）当试样为不同种材质、相同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为固定参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同材质试样的热冲击抗力，得到最佳材质；4）当试样为不同材质时、不同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为固定参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同材质、不同热处理工艺下试样热冲击抗力，得到最佳的材质及热处理工艺。步骤E、处理热冲击后试样：首先清洗热冲击试样表面去除表面氧化皮，观测热冲击面上裂纹形貌特征参数，取样，观测热冲击区域的组织、硬度、裂纹形貌尺寸特征参数来表征热冲击抗力。本专利技术技术方案的进一步改进在于：在步骤A中，试样热冲击面的粗糙度为Ra0.4～1.6μm。本专利技术技术方案的进一步改进在于：L、W、H的尺寸均大于40mm。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤D中，半导体激光器的光斑尺寸区域为5×5mm～32×32mm；扫描速度为0～12mm/s。本专利技术技术方案的进一步改进在于：半导体激光器的加热温度控制范围为400～1500℃。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤E中采用稀盐酸清洗试样表面的氧化皮。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤E中，取样方式为：垂直于试样的L×W面等距片切试样。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：本专利技术利用加热区域、加热温度、扫描速度精确可控的激光加热方式，实现轧辊试样热冲击时温度场的可靠模拟，同时激光加热具有快速加热、功率可控性以及操控灵活性等优势，可以更好的模拟轧辊试样的热冲击性，为指导轧辊生产、使用提供有效的数据支持，降低轧辊生产过程中的不合格率。本专利技术不仅可以模拟出同种材质试样的，在不同温度下的热冲击抗力，得到试样最佳成分以及热处理工艺，而且还能模拟出不同种材质试样在同等实验条件下热冲击抗力，分析不同材质试样的优劣性，为实际的生产提高理论依据。进一步的，本专利技术对试样的热冲击面的粗糙度进行了控制，使其位于0.4～1.6，避免出现热冲击面表面过于光滑，不能更好的吸收半导体激光器的能量，导致表面热冲击面升温速度面，温度均匀性差，以至于影响热冲击试验的效果，不能更好的热冲击试验的可靠模拟；另外，热冲击面的表面过于粗糙，将会影响表面应力，形成裂纹源，造成热冲击试验的失真。附图说明图1是本专利技术实验装置图；图2是本发热冲击试样表面示意图；其中，1、半导体激光器，2、同轴红外测温，3、可变光斑，4、热冲击试样，a-光斑长度；b-光斑宽度；L-试样长度；W-试样宽度；H-试样厚度。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细说明：一种轧辊激光热冲击试验方法，包括以下几个步骤：步骤A、试样制备：将不同材质的试样分别进行热处理使之达到要求的组织和性能，切割加工成规格为L×W×H的试样，其中L×W面为热冲击面，并对热冲击面进行磨削加工，其表面的粗糙度值0.4～1.6μm，这样有利于进行热冲击试验并能实验结果的可靠性，避免出现热冲击面表面过于光滑，不能更好的吸收半导体激光器的能量，导致表面热冲击面升温速度面，温度均匀性差，以至于影响热冲击试验的效果，不能更好的热冲击试验的可靠模拟；另外，热冲击面的表面过于粗糙，将会影响表面应力，形成裂纹源，造成热冲击试验的失真。同时，试样的L、W、H的尺寸均大于40mm，避免试样的尺寸不合适，影响后续半导体激光器参数的设定，致使热冲击面温度不均匀，影响试验模拟效果步骤B、试样安放：将步骤A中制备的试样安放在试验台上，采用半导体激光器加热试样的热冲击面；步骤C、设置试验参数：以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为可调参数，其中扫描速度的设置有多种方式，比如，可以采用机器人来控制扫描速度实现各种热冲击温度场的调整；其中半导体激光器的光斑尺寸区域为5×5mm～32×32mm，光斑的长度方向与宽度方向的尺寸均在5～32mm之间变化；扫描速度为0～12mm/s；半导体激光器的加热温度控制范围为400～1500℃。步骤D、热冲击试验：其中试验过程分为以下几种情况：1）当试样为同种材质、相同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率为可调参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同加热温度下试样的热冲击抗力；2）当试样为同种材质、不同的热处理工艺时，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轧辊激光热冲击试验方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤A、试样制备：将试样分别进行热处理使之达到要求的组织和性能，切割加工成规格为L×W×H的试样，其中L×W面为热冲击面，并对热冲击面进行磨削加工至适宜粗糙度；步骤B、试样安放：将步骤A中制备的试样安放在试验台上，采用半导体激光器加热试样的热冲击面；步骤C、设置试验参数：以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为可调参数；步骤D、热冲击试验：其中试验过程分为以下几种情况：1）当试样为同种材质、相同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率为可调参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同加热温度下试样的热冲击抗力；2）当试样为同种材质、不同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为固定参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同处理工艺下试样的热冲击抗力；3）当试样为不同种材质、相同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为固定参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同材质试样的热冲击抗力，得到最佳材质；4）当试样为不同材质时、不同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为固定参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同材质、不同热处理工艺下试样热冲击抗力，得到最佳的材质及热处理工艺；步骤E、处理热冲击后试样：首先清洗热冲击试样表面去除表面氧化皮，观测热冲击面上裂纹形貌特征参数，取样，观测热冲击区域的组织、硬度、裂纹形貌尺寸特征参数来表征热冲击抗力。...

【技术特征摘要】
1.一种轧辊激光热冲击试验方法，其特征在于：包括以下几个步骤：步骤A、试样制备：将试样分别进行热处理使之达到要求的组织和性能，切割加工成规格为L×W×H的试样，其中L×W面为热冲击面，并对热冲击面进行磨削加工至适宜粗糙度；步骤B、试样安放：将步骤A中制备的试样安放在试验台上，采用半导体激光器加热试样的热冲击面；步骤C、设置试验参数：以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为可调参数；步骤D、热冲击试验：其中试验过程分为以下几种情况：1）当试样为同种材质、相同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率为可调参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同加热温度下试样的热冲击抗力；2）当试样为同种材质、不同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为固定参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同处理工艺下试样的热冲击抗力；3）当试样为不同种材质、相同的热处理工艺时，以半导体激光器的光斑尺寸、扫描速度、输出功率、加热温度为固定参数，使半导体激光器沿着试样的热冲击面的L方向对试样进行加热，模拟不同材质试样的热冲击抗力，得到最佳材质；4）当试样为不同材质时、不同的热处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金刚，郭计山，梁鹏，
申请(专利权)人：中钢集团邢台机械轧辊有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13