专利名称：热轧辊表面脉冲放电离散强化方法
技术领域：
本发明涉及一种热轧辊表面强化方法，特别涉及一种脉冲放电表面离散强化方法。
背景技术：
热轧作业时如开坯、轧制型钢、线材、板材、带钢等均使用热轧辊。热轧辊的工作条 件恶劣，轧辊在承受大的下压力的同时，轧辊表面与轧材之间存在周期性作用的接触应力。 此外，在轧制过程中，由于轧辊反复被轧材(一般温度iioo°c左右)加热及冷却水冷却，经 受的温度变化幅度较大，轧辊还承受周期性作用的热应力。在周期性接触应力和热应力作 用下，热轧辊的失效形式主要表现为断裂和表面疲劳磨损，因此要求热轧辊材料不但有较 好的强度和韧性，而且要有较高的抗表面疲劳磨损性能。通过对热轧辊表面强化能够提高 轧辊的抗疲劳磨损性能，同时不影响轧辊心部的韧性。目前对热轧辊表面强化多采用面状处理，例如，中国专利申请号200610047997， 发明名称一种冶金热轧辊表面激光纳米陶瓷合金化工艺，它使用CO2激光和纳米陶瓷涂料 层对轧辊表面进行合金化。例如，中国专利公开号1438088，发明名称大型轧辊硬面堆焊 修复方法，它使用焊丝堆焊的方法来修复大型轧辊。面状强化热输入大，对于大型轧辊加工 裂纹很难避免。本发明采用脉冲放电的方法对热轧辊表面进行离散强化。离散强化方法具有如下 特点1.强化点具有高于基体的硬度，能够提高表面耐磨性，同时一定深度的强化点具有 阻滞疲劳裂纹扩展的作用，能够提高轧辊表面的疲劳寿命。2.离散强化加工保留了基体的 韧性，热输入比较小，能够更好的释放应力，避免加工过程中工艺裂纹的产生。3.离散强化 加工具有更高的加工速度。目前，采用离散表面强化的方法有，中国专利公开号1358602，发明名称采用高 频脉冲激光对热轧辊强化的系统及强化方法，它采用高频脉冲激光对热轧辊进行强化。与 该专利相比较，脉冲放电离散强化比激光离散强化的效率更高，实施更加方便。同时，通过 电极熔化可以对强化点实施合金化，能够进一步的提高轧辊表面的疲劳性能。
发明内容
针对热轧辊使用过程中的问题，本发明提出了利用脉冲放电离散强化轧辊表面的方法。为达到上述目的，本发明的技术解决方案为一种热轧辊表面脉冲放电离散强化 方法，在空气中使用工具电极和轧辊构成电极对，所述工具电极为负极性，所述轧辊为正极 并接地；工具电极和轧辊表面保持一定的距离；在放电电源作用下，工具电极和轧辊之间 的电极间隙被击穿形成电弧，电弧对轧辊表面进行加热，并形成熔池，后经自淬火冷却后在 轧辊表面形成强化点。进一步，所述电极对在放电电源的控制下进行放电，放电电源可以控制脉冲宽度，
3脉冲电流和重复频率。进一步，在放电过程中使用保护气体，所述保护气体为氩气或氮气，保护熔池和放 电电极不被氧化。进一步，通过调整电流、脉冲宽度和工具电极头部曲率可以获得不同深径比的放 电点，从而满足所述轧辊疲劳强度的要求。进一步，通过调整电弧压力可以获得平坦的强化点。进一步，工具电极采用高熔点合金或低熔点合金制成；高熔点合金电极的损耗小， 适合用于熔凝强化加工；低熔点合金电极在放电加工过程中发生微熔，电极成分混入与熔 池中，对熔池进行了合金化。进一步，所述高熔点合金为钨合金。进一步，离散放电点相互分开，保留部分原始表面；或相互覆盖，将原始表面完全覆盖。进一步，对离散强化表面进行磨削，获得光洁的表面；或直接使用强化后的轧辊进 行轧制。本发明中所公开的热轧辊表面强化方法利用脉冲放电在轧辊表面产生离散强化 点。通过调整电流、脉冲宽度和工具电极头部曲率可以获得不同深径比的放电点，通过使用 不同的电极材料可以对轧辊进行熔凝强化和合金化。通过控制加工参数可以调整强化点的 分布，使强化点相互分开或相互覆盖。与面状强化相比，离散强化方法既能提高表面的耐磨 性和疲劳性能，又能减小热输入，避免加工过程中工艺裂纹的产生。
图1为本发明的原理图；1-工具电极，2-轧辊，3-电极头部，4-电弧，5-强化点，6-电极和轧辊的夹角， 7_气嘴，8-保护气，9-轧辊转速；图2强化点相互分开的表面照片；图3强化点相互覆盖的表面照片；图4强化点横截面照片。
具体实施例方式如图1中所示，圆柱形的工具电极1和轧辊2构成电极对，工具电极1为负极，轧 辊2为正极并接地。圆柱形的工具电极1具有圆锥型的电极头部3，电极头部3的头部曲率可以改变，
以调整强化点直径。调整工具电极1和轧辊2表面的距离，保证放点电极之间稳定的形成电弧4。在放电电源作用下，工具电极1和轧辊2之间的电极间隙被击穿形成电弧4，电弧 4可对轧辊2表面进行加热，并形成熔池，随后，经自淬火冷却，也就是熔化点通过轧辊自身 的热传导快速淬火，在轧辊表面形成强化组织即图中所示的强化点5。放电电源可以控制脉冲宽度，脉冲电流，和重复频率。工具电极1和轧辊2表面法线的夹角6，夹角6可以在0-30°之间变化。
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工具电极1周围有保护气嘴7，用于控制保护气体的流动方向和方式。保护气体8 从气嘴7中喷出，使电极头部3、放电电弧4和强化点5与空气隔离，保护熔池和放电电极不 被氧化。其中保护气体可选用氩气、氮气等惰性气体。轧辊以转速9转动，同时工具电极1沿轧辊2轴线运动，实施离散强化加工。通 过控制放电频率、工具电极1沿轧辊轴线的运动速度和轧辊2的转速9，使强化点呈现两种 分布，1.离散强化点相互分开，保留部分原始表面；2.强化点相互重叠，将原始表面完全覆 盖。生产图2所示的第1种强化点分布的实施例为轧辊直径为60mm，放电点直径为1mm， 取放电点距离为2mm，则工具电极1沿轧辊2轴线运动的螺距为2mm。令放电频率为200Hz， 则分布1的轧辊2转速9为的转速为120转/分钟。生产图3所示的第2种强化点分布的 实施例为轧辊直径为60mm，放电点直径为1mm，取放电点距离为1mm，则工具电极1沿轧辊 2轴线运动的螺距为1mm。令放电频率为200Hz，则分布1的轧辊2转速9为的转速为60转 /分钟。为了保证持续、稳定的放电，放电电极使用水冷却。工具电极1可以采用高熔点合金或低熔点合金制成。高熔点合金电极的损耗小， 适合用于熔凝强化加工；例如钨合金，对轧辊2表面实施熔凝强化加工。低熔点合金工具 电极在放电加工过程中发生微熔，在放电加工过程中电极成分混入与熔池中，对熔池实施
合金化。如图4所示，强化点5的强化深度达到400 μ m,能够满足疲劳性能要求。对轧辊进行上述的强化加工后，可根据热轧工艺要求，可以对离散强化表面进行 磨削，获得光洁的表面，也可以直接使用强化后的轧辊进行轧制。
权利要求
一种热轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于在空气中使用工具电极和轧辊构成电极对，所述放电电极为负极性，所述轧辊为正极并接地；放电电极和轧辊表面保持一定的距离；在放电电源作用下，工具电极和轧辊之间的电极间隙被击穿形成电弧，电弧对轧辊表面进行加热，并形成熔池，后经自淬火冷却后在轧辊表面形成强化点。
2.如权利要求1所述的轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于所述电极对在 放电电源的控制下进行放电，放电电源可以控制脉冲宽度，脉冲电流和重复频率。
3.如权利要求1所述的轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于在放电过程中 使用保护气体，所述保护气体为氩气或氮气，保护熔池和放电电极不被氧化。
4.如权利要求1所述的轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于通过调整电流、 脉冲宽度和工具电极头部曲率可以获得不同深径比的放电点，从而满足所述轧辊疲劳强度 的要求。
5.如权利要求1所述的轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于通过调整电弧 压力可以获得平坦的强化点。
6.如权利要求1所述的轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于工具电极采用 高熔点合金或低熔点合金制成；高熔点合金电极的损耗小，适合用于熔凝强化加工；低熔 点合金电极在放电加工过程中发生微熔，电极成分混入与熔池中，对熔池进行了合金化。
7.如权利要求6所述的轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于所述高熔点合 金为钨合金。
8.如权利要求1所述的轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于离散放电点相 互分开，保留部分原始表面；或相互覆盖，将原始表面完全覆盖。
9.根据上述任一权利要求所述的轧辊表面脉冲放电离散强化方法，其特征在于对所 述离散强化表面进行磨削，获得光洁的表面；或直接使用强化后的轧辊进行轧制。
全文摘要
本发明涉及采用脉冲放电对热轧辊表面离散强化的方法。该方法利用脉冲放电在轧辊表面产生离散强化点。通过调整电流、脉冲宽度和工具电极头部曲率可以获得不同深径比的放电点，通过使用不同的电极材料可以对轧辊进行熔凝强化和合金化。通过控制加工参数可以调整强化点的分布，使强化点相互分开或相互覆盖。与面状强化相比，离散强化方法既能提高表面的耐磨性和疲劳性能，又能减小热输入，避免加工过程中工艺裂纹的产生。
文档编号C21D1/09GK101914659SQ201010238878
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月27日 优先权日2010年7月27日
发明者王之桐 申请人:中国科学院力学研究所