閆立震

（華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，河北 唐山 063210）

軋輥品質(zhì)的優(yōu)劣不僅影響軋輥的生產(chǎn)成本，而且影響軋制材料的品質(zhì)和軋機(jī)的生產(chǎn)率[1]。球墨鑄鐵(DCI)由于其獨(dú)特的性能，在汽車、采礦和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。DCI不僅具有與鑄鋼相當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度和比灰鑄鐵更高的疲勞強(qiáng)度，而且具有鑄造復(fù)雜形狀的能力和良好的可加工性，因此在機(jī)械零件制造中成為了一種替代鋼的經(jīng)濟(jì)選擇。未來(lái)10年，人們對(duì)由DCI制造的具有良好摩擦性能機(jī)械零件的需求將快速增長(zhǎng)[2]。

1 冶金熱軋輥使用概況

在軋鋼的過程中，金屬材料的成型主要靠軋機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中軋輥直接與高溫鋼接觸，使鋼塑性變形。其中起主要作用的就是軋輥，它在實(shí)際生產(chǎn)過程中的消耗遠(yuǎn)高于其他工件。

1. 1 熱軋輥的工作環(huán)境及球墨鑄鐵的性能

熱軋輥通常在700 ～ 800 °C的溫度區(qū)間內(nèi)工作，有時(shí)其接觸軋材的溫度甚至高達(dá)1 200 °C，因?yàn)槠湓诠ぷ鲿r(shí)受到高溫疲勞、較高的循環(huán)應(yīng)力和冷卻水的共同作用，并且在軋制過程中處于機(jī)械力與熱的耦合作用中，所以其表面裂紋不斷產(chǎn)生并擴(kuò)展，進(jìn)而引起表面龜裂剝落[3]。在如此嚴(yán)苛的環(huán)境下工作，需要軋輥材料具備較高的淬透性和表面硬度、良好的抗氧化性、優(yōu)良的熱傳導(dǎo)能力及較好的抗回火能力等性能[4]。熱軋輥發(fā)展的重中之重是提高表面耐磨性。

球墨鑄鐵具有優(yōu)異的耐磨性，主要緣于兩個(gè)方面：一是在應(yīng)力作用下石墨球被拖拽至表面產(chǎn)生石墨潤(rùn)滑層，從而降低摩擦因數(shù)；二是熱處理后，球墨鑄鐵基體內(nèi)保留了一定的殘余奧氏體，在服役條件下它們產(chǎn)生了加工硬化效應(yīng)[5]。球墨鑄鐵的耐磨性優(yōu)于灰鑄鐵、碳鋼，甚至優(yōu)于低合金鋼[6]。球墨鑄鐵具有良好的可切削加工性能和鑄造性能，并且經(jīng)過熱處理之后，其性能可進(jìn)一步得到改善。球墨鑄鐵具有優(yōu)異的力學(xué)性能，強(qiáng)度、塑韌性等均高于其他鑄鐵，疲勞強(qiáng)度與中碳鋼接近，屈強(qiáng)比大約是碳鋼的1倍多[7-8]。所以，與其他熱軋輥材料(如硬質(zhì)合金、高速鋼)相比，由于球墨鑄鐵具有優(yōu)良的耐磨性，較好的鑄造和力學(xué)性能，以及低廉的成本，因此球墨鑄鐵熱軋輥在鋼鐵生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。除此之外，球墨鑄鐵還在汽缸套[9]、汽缸體[10]、活塞桿[11]、機(jī)床床身[12]、曲軸[13]、連桿[14]、城市軌道交通車輪[15]等一些對(duì)強(qiáng)度、韌性及耐磨性要求較高，受力較復(fù)雜的零件中得到廣泛應(yīng)用[8]。

1. 2 熱軋輥失效形式及其機(jī)理

熱軋輥的主要失效形式是軋輥表面由于各種原因產(chǎn)生的裂紋和磨損。除此之外，還有軋輥折斷，其原因主要是應(yīng)力集中和晶粒度不合格，產(chǎn)生疲勞裂紋并逐步擴(kuò)散，進(jìn)而導(dǎo)致軸頭斷裂[16]。熱軋輥在軋鋼過程中受到高溫軋件和冷卻水的交替作用，并且在變形時(shí)輥縫中夾雜大量的氧化鐵皮，因此產(chǎn)生粘著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損等多種形式的磨損，使軋輥工作層變薄、耐磨性變差，最終導(dǎo)致軋輥失效[17-18]。

粘著磨損產(chǎn)生的原因是在高溫高壓條件下軋輥與軋件緊密接觸，使二者表面發(fā)生粘著和剪切效應(yīng)，進(jìn)而使兩種材料表面產(chǎn)生脫落或向?qū)ε急砻孓D(zhuǎn)移。磨粒磨損產(chǎn)生的原因是高溫軋件表面再生氧化鐵皮在軋制力作用下發(fā)生破碎和脫落，產(chǎn)生的碎片殘留在軋輥表面，其伴隨著其他磨損形式的產(chǎn)物，引起軋輥表面材料脫離或變形。疲勞磨損產(chǎn)生的原因是在軋制過程中軋輥不停地旋轉(zhuǎn)，使其表面受到周期性的熱沖擊和接觸應(yīng)力，致使表面材料疲勞剝落，從而形成凹坑[19]。

2 球墨鑄鐵熱軋輥表面強(qiáng)化技術(shù)

目前用于球墨鑄鐵熱軋輥表面修復(fù)的方法包括車削和表面強(qiáng)化技術(shù)。車削只能短時(shí)間延緩其失效，不能從根本上延長(zhǎng)其壽命；表面強(qiáng)化技術(shù)則可以提高其抗磨損能力，有效延長(zhǎng)其壽命。表面強(qiáng)化技術(shù)包括堆焊、熱噴焊、熱噴涂、激光表面改性等[20]。

2. 1 堆焊技術(shù)

堆焊是一種通過焊接在輥面熔敷一層或數(shù)層焊接材料，使表面得到強(qiáng)化，賦予其耐磨損、耐熱疲勞、耐腐蝕等特殊性能的技術(shù)[21]。

軋輥經(jīng)過堆焊之后，基體與堆焊層之間形成冶金結(jié)合。張虹等[22]利用堆焊技術(shù)在球墨鑄鐵表面制備出開裂傾向性小、硬度高于650 HV的熔合層，提高了輥面表面硬度。Wang等[1]采用雙金屬鑄焊復(fù)合工藝開發(fā)了一種輥套筒，并討論了堆焊層重熔行為、元素?cái)U(kuò)散規(guī)律和復(fù)合層形成過程，在合金鋼和高鉻鑄鐵之間沒有觀察到夾雜物、微孔等缺陷，C、Cr、Mn等元素在復(fù)合層中與顯微硬度呈梯度變化，從而避免了復(fù)合層輥套的破裂。許加陸等[23]提出采用新型組合焊絲堆焊的改進(jìn)措施，令堆焊后的軋輥使用壽命得到明顯提升，進(jìn)一步提高了軋機(jī)生產(chǎn)效率及金屬材料表面品質(zhì)，改善了加工工件的表面成型性。劉西洋[24]采用小功率大光斑模式激光-MAG(熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊)復(fù)合堆焊方法，填充不銹鋼自保護(hù)藥芯焊絲，得到的表面堆焊層具有余高/熔寬比小、氣孔敏感性低、稀釋率低等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了軋輥的高效穩(wěn)定堆焊。

采用傳統(tǒng)堆焊技術(shù)加工后，軋輥表面硬度較低，耐高溫及耐沖擊性能不夠理想，并且軋輥再次車削困難。減少堆焊過程中產(chǎn)生的缺陷，提高耐高溫磨損性能，提高表面成型性，研發(fā)新型組合焊絲和改善堆焊方法將是未來(lái)堆焊技術(shù)發(fā)展的主要方向。

2. 2 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)是利用火焰、等離子體、電弧等熱動(dòng)力源，將材料以線狀或粉末狀形式加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，并加速形成高速熔滴噴向基體，再沉積到基體上形成涂層[25-26]。到目前為止，已經(jīng)形成了火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂、超音速火焰噴涂等一系列熱噴涂工藝[27]。軋輥熱噴涂一般選擇高硬度的合金材料或金屬陶瓷混合材料。

等離子噴涂除了有其他噴涂方法一樣的優(yōu)點(diǎn)外，還具有基體受熱小、零件不變形，不改變熱處理狀態(tài)，工藝穩(wěn)定，涂層品質(zhì)好，涂層種類廣泛等優(yōu)點(diǎn)，所以它在熱噴涂修復(fù)熱軋輥中應(yīng)用最為廣泛。影響涂層品質(zhì)的工藝參數(shù)包括送粉速率、噴涂功率、噴涂距離、噴涂角度及等離子氣體的類型和流量等。錢智慧[28]以結(jié)合強(qiáng)度作為指標(biāo)，對(duì)等離子噴涂的主要工藝參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，分別獲得了影響Ni60B涂層或Cr3C2-NiCr涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度的因素主次關(guān)系，得到了最佳的噴涂工藝參數(shù)。岳佳锜[29]也采用正交試驗(yàn)法在鐵基軋輥表面等離子噴涂Cr3C2-NiCr涂層、NiAl打底層、NiAl/Cr3C2-NiCr復(fù)合涂層(先在鐵基軋輥基體上噴涂NiAl打底層，然后噴涂Cr3C2-NiCr工作涂層)，優(yōu)選出了最佳工藝參數(shù)。

熱噴涂涂層與基體及涂層之間主要是機(jī)械結(jié)合，同時(shí)涂層存在各種各樣的微缺陷，并且由于變形粒子間的不完全重疊、凝固收縮、形成氣孔等原因，涂層上有較多的孔隙。對(duì)熱噴涂涂層進(jìn)行激光重熔可以有效 減少裂紋、孔隙等缺陷的產(chǎn)生。Xu等[30]計(jì)算了等離子噴涂預(yù)置納米結(jié)構(gòu)Al2O3-13%TiO2涂層激光重熔過程中的納米顆粒長(zhǎng)大行為，發(fā)現(xiàn)在最優(yōu)的工藝參數(shù)下，激光表面重熔后得到了由細(xì)小等軸晶組成的重熔層。Chong等[31]采用脈沖激光技術(shù)對(duì)沉積的Cr3C2-NiCr涂層進(jìn)行重熔處理，發(fā)現(xiàn)脈沖激光重熔處理后，孔隙率從噴涂態(tài)涂層的4.3%下降到激光處理涂層的1.1%，而碳化物的體積分?jǐn)?shù)從49%上升到70%。

隨著納米材料的研究以及各種新型優(yōu)質(zhì)熱噴涂技術(shù)的出現(xiàn)，納米結(jié)構(gòu)涂層及其噴涂技術(shù)正在成為材料表面工程的重要發(fā)展方向[32]。超音速火焰噴涂(HVOF)是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種高能噴涂方法，具有噴涂快、焰流長(zhǎng)、結(jié)合強(qiáng)度好等特點(diǎn)，能令涂層的氧化物含量和孔隙率都降低。非晶納米復(fù)合涂層具有比納米結(jié)構(gòu)涂層和非晶態(tài)合金涂層更好的耐磨性和耐蝕性。陶翀等[33]采用HVOF技術(shù)在冷軋輥表面制備了WC-12Co涂層，該涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高，延長(zhǎng)了軋輥的使用壽命。張梅琳等[34]采用HVOF技術(shù)在NiCrMo白口鑄鐵微弧強(qiáng)化表面制備了納米WC-Co涂層，測(cè)得涂層的表面平均硬度及其與基體的結(jié)合力分別為1 577.2 HV和46.6 N，均高于基體與非納米涂層的表面硬度和結(jié)合強(qiáng)度。

未來(lái)熱噴涂技術(shù)主要是研究新興熱噴涂技術(shù)與非晶納米復(fù)合涂層，改善激光重熔技術(shù)，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)姆蔷Ъ{米復(fù)合涂層粉末顆粒和工藝。其主要目標(biāo)是更精確地控制沉積層內(nèi)部的孔隙率，并且在熱噴涂的整個(gè)過程中注重保護(hù)操作人員的健康和安全。

2. 3 熱噴焊技術(shù)

熱噴焊技術(shù)是熱噴涂技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展[35]，它是先在基體表面預(yù)涂自熔性的粉末，此后在基體材料不熔化的情況下，使得合金粉末熔化在基體材料上，從而形成具有冶金結(jié)合且組織致密的涂層[36]。一般而言，噴焊層結(jié)合強(qiáng)度很高，而且結(jié)構(gòu)致密，組織中的缺陷較少。Zhang等[37]考察了采用熱噴焊在鋼基體上制備的Ni-Cr-B-Si-RE合金涂層的摩擦學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)在摩擦過程中磨損表面附著有氧化碎片層而耐磨性降低。

鎳基自熔性合金具有良好的抗氧化性、抗磨損性和延展性，在熱噴焊領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，Ni基合金主要分為NiBSi和NiCrBSi系列，添加具有高耐磨性的合金元素是提高涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度的方法之一[38]。Huang等[39]采用含NiCrBSi、Ti和Si的復(fù)合粉末經(jīng)等離子噴焊而生成由TiC和TiB2顆粒增強(qiáng)的鎳基復(fù)合耐磨層。當(dāng)Si與Ti的添加量為15%時(shí)，混合粉末NiCrBSi + Ti + Si噴焊層的顯微硬度和耐磨性最好，噴焊層結(jié)構(gòu)得到有效細(xì)化，但是噴焊層的韌性降低，甚至可能產(chǎn)生貫穿整個(gè)噴焊層的裂紋。

尋找合適的硬質(zhì)增強(qiáng)相來(lái)提高工件表面的強(qiáng)度和耐磨性是熱噴焊技術(shù)研究的方向之一，陶瓷增強(qiáng)相以其高強(qiáng)度、高耐磨性、高熔點(diǎn)、高耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，已成為硬質(zhì)增強(qiáng)復(fù)合材料的首選。常用硬質(zhì)陶瓷的主要力學(xué)性質(zhì)及物理參數(shù)見表1[38]。丁紅燕[40]將微米、亞微米、納米3種尺寸級(jí)別的Al2O3粉分別與Ni基自熔性合金配制成復(fù)合粉后，采用氧乙炔焰熱噴焊工藝制備出了復(fù)合涂層。其研究表明，加入Al2O3可明顯提高涂層的耐磨性，但值得注意的是大顆粒Al2O3的加入量較大，在較高載荷的磨損條件下，微米Al2O3復(fù)合涂層才具有最佳的耐磨性。

表1 常用硬質(zhì)陶瓷的主要力學(xué)及物理參數(shù) Table 1 Main mechanical and physical properties of hard ceramics

2. 4 激光表面改性技術(shù)

激光表面改性被認(rèn)為是當(dāng)前材料工程學(xué)科的重要發(fā)展方向之一，是光加工時(shí)代的標(biāo)志性技術(shù)之一[41]。該技術(shù)是用高能量密度的激光束照射材料表面[42]，光能被材料吸收后就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而使表層材料迅速升溫至相變點(diǎn)，繼而發(fā)生固態(tài)相變、熔化，甚至伴有金屬蒸發(fā)現(xiàn)象。當(dāng)激光束被移開或者切斷之后，材料表面快速冷卻，從而達(dá)到表面改性的目的。該技術(shù)具有高效率、高效益、低消耗的優(yōu)點(diǎn)[43]。根據(jù)激光處理方式和能量密度的不同，可將其細(xì)分為激光表面重熔、激光相變硬化、激光熔覆、激光表面合金化，等等。

2. 4. 1 激光表面重熔

激光表面重熔就是在很高的激光功率密度下將金屬材料表面局部區(qū)域瞬間加熱到極高的溫度[44]，并使之熔化，然后憑借冷態(tài)金屬基體的吸收與熱傳導(dǎo)，令已熔化的表層金屬迅速凝固[45]。激光重熔會(huì)產(chǎn)生元素偏析，導(dǎo)致沿熔合線存在碳化物和共晶相周圍出現(xiàn)無(wú)取向雜晶。Liu等[46]研究了IC10合金在激光重熔下的外延生長(zhǎng)行為和雜散晶粒的形成機(jī)理，通過將熱輸入降低到50 J/mm，從而降低了元素偏析程度，進(jìn)而有效控制了雜散晶粒的產(chǎn)生。這為開發(fā)新的方法修復(fù)受損部件提供了指導(dǎo)。激光重熔技術(shù)也被用于改善沉積涂層的顯微組織，令涂層中的裂紋、孔洞等缺陷減少，提高工件與涂層的界面結(jié)合強(qiáng)度及涂層的耐磨性。高玉新等[47]采用激光表面重熔工藝對(duì)電火花沉積Ni基涂層進(jìn)行了重熔處理，令涂層的晶粒細(xì)化，硬度提高，耐磨性有顯著改善，涂層的磨損機(jī)理由重熔前的疲勞磨損變?yōu)橹厝酆蟮哪チＤp。

Wang[48]對(duì)比了常規(guī)等離子噴涂和等離子噴涂-激光重熔復(fù)合技術(shù)，發(fā)現(xiàn)沿晶斷裂是激光重熔涂層重熔區(qū)常見的現(xiàn)象。Xi等[49]在不同激光功率下對(duì)YCF102熔覆層進(jìn)行了激光重熔試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)激光重熔不僅可以改善熔覆層的形貌，而且可以提高熔覆層的顯微硬度和耐磨性。但是過大的重熔激光功率會(huì)導(dǎo)致熔覆層中缺陷增多，熔覆層的顯微硬度和耐磨性變差。當(dāng)重熔激光功率為650 W時(shí)，熔覆層不僅表面粗糙度低、無(wú)缺陷，而且具有良好的力學(xué)性能。

激光表面重熔能夠消除涂層中大多數(shù)組織結(jié)構(gòu)的缺陷，從而提高涂層的性能，但陶瓷增強(qiáng)相的熔點(diǎn)與合金基體相差較大，且它們之間的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量等相差較大，會(huì)導(dǎo)致涂層產(chǎn)生裂紋、剝落等問題。這些都有待進(jìn)一步研究。

2. 4. 2 激光相變硬化

激光相變硬化是通過高能量密度的激光束照射基體表面，使表面吸收能量后迅速升溫，當(dāng)激光停止照射時(shí)，表層以很大的冷卻速率實(shí)現(xiàn)自冷淬火，從而在本質(zhì)上獲得晶粒細(xì)小的馬氏體及其他組織的高硬化層，具有加工能量密度高、能夠?qū)α慵植窟M(jìn)行淬火、加工周期短等優(yōu)點(diǎn)[50-51]。Chen等[52]先利用CO2激光器實(shí)現(xiàn)了C45鋼表面淬火，可變的工藝參數(shù)包括功率、掃描速率和離焦距離。然后利用Nd:YAG激光器通過正交試驗(yàn)對(duì)樣品進(jìn)行淬火處理，得到優(yōu)化的工藝參數(shù)。通過仿真模型得出當(dāng)激光功率為500 W、掃描速率為960 mm/min時(shí)，淬火表面最高溫度約1 070 °C。許巧玉[53]根據(jù)激光表面強(qiáng)化理論，對(duì)NiCrMo半冷硬鑄鐵熱軋輥進(jìn)行激光相變硬化和熔凝處理后，在表層分別獲得了針狀馬氏體和萊氏體白口組織，并且洛氏硬度由原來(lái)的51 HRC提高到70 HRC左右，令材料的耐磨性得到明顯提高。

然而，瞬間的快速加熱會(huì)在表面層產(chǎn)生裂紋，同時(shí)軋輥表面硬化層不均勻，強(qiáng)化效率較低、強(qiáng)化層較薄。目前激光相變硬化技術(shù)的主要研究方向是改進(jìn)工藝參數(shù)，提高強(qiáng)化效率。

2. 4. 3 激光熔覆

激光熔覆是通過高能量密度的激光束掃描待加工工件表面[54]，使涂層材料與基體材料熔融混合，并在冷卻過程中凝固形成冶金結(jié)合的表面增強(qiáng)涂層[55]。熔覆材料主要以鎳基、鈷基、鐵基等自熔性合金粉末及復(fù)合粉末為主。熔覆層粉末需滿足熱膨脹系數(shù)相近、與基材熔點(diǎn)和彈性模量相近的要求，否則會(huì)在涂層與基材結(jié)合處產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使涂層剝離。Xiao等[56]研究發(fā)現(xiàn)，顆粒增強(qiáng)Fe基涂層的主要磨損機(jī)制是磨粒磨損伴隨著不同程度的粘著磨損和三體磨粒磨損。除此之外，功率、掃描速率、送粉速率、搭接率等[57]熔覆工藝參數(shù)也會(huì)對(duì)涂層品質(zhì)產(chǎn)生影響。甘偉等[58]采用激光熔覆對(duì)軌梁BD1軋輥孔型表面進(jìn)行改性，研究了C、Cr、Ni、Mo、W、Si、B等元素在熔覆材料中的作用，克服了粘鋼現(xiàn)象，提高了軌梁BD1軋輥的耐磨性，明顯地延長(zhǎng)其使用壽命。趙建峰等[59]在軋輥基體140CrNiMo鋼表面熔覆Ni-WC25，并利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法，對(duì)熔覆層的互熔稀釋率、硬度和磨損率進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，得到了最優(yōu)的工藝參數(shù)。

常溫下采用激光熔覆工藝修復(fù)球墨鑄鐵軋輥仍存在熔覆層有裂紋的問題。梁鵬等[60]采用預(yù)熱+后熱的熱處理工藝，解決了激光熔覆的裂紋問題，獲得了良好的熔覆層，提高了材料表面的綜合性能，延長(zhǎng)了工件的使用壽命。使用鎳基粉末及降低稀釋率都有利于減少應(yīng)力，降低開裂的傾向，然而對(duì)于那些韌性差、本身存在缺陷的工件，則需要采取合理的熱處理工藝，才能得到無(wú)缺陷的熔覆層。

2. 4. 4 激光表面合金化

激光表面合金化是利用高能量密度的激光束將基材表層及添加的合金元素快速加熱，使兩相混合熔化，然后凝固形成新的表面合金層，從而實(shí)現(xiàn)表面合金層與基體的冶金結(jié)合[61]。與激光熔覆的不同之處在于，激光合金化后的表面可以看作是以基體作為溶劑，合金化元素為溶質(zhì)的合金層[62]。激光表面合金化是一個(gè)非線性過程，取決于許多輸入工藝參數(shù)。文獻(xiàn)表明，激光功率、掃描速率和送粉速率是使用激光表面合金化進(jìn)行材料加工的重要參數(shù)。其主要問題是選擇合適的工藝參數(shù)以形成良好的合金化顆粒[63]。Janicki[2]通過碳化鈦(TiC)增強(qiáng)復(fù)合層在球墨鑄鐵上形成合金。其結(jié)果表明，增加TiC分?jǐn)?shù)會(huì)降低磨損率和摩擦因數(shù)，并且基質(zhì)的硬度對(duì)TiC沉淀物的開裂強(qiáng)度及其從磨損表面的去除有顯著影響。王碩煜等[3]利用激光合金化技術(shù)在QT600-3球墨鑄鐵表面制備鎳基合金強(qiáng)化層，發(fā)現(xiàn)Ni合金化層與基體的冶金結(jié)合性能好、顯微硬度高，高溫摩擦因數(shù)低至0.305，高溫磨損率低至7.55 × 10-6g/(N·m)，并且隨著掃描速率的提高，得到的顯微組織更致密，顯微硬度表現(xiàn)為先升高后降低，最高達(dá)到720 HV。在高溫摩擦磨損的過程中，激光表面合金化層的磨損機(jī)理以磨粒磨損為主，并伴隨著疲勞磨損和氧化磨損，在高溫摩擦過程中形成的氧化產(chǎn)物和碳化物能夠提高其耐磨性。

3 結(jié)語(yǔ)

表面強(qiáng)化技術(shù)的不斷發(fā)展令球墨鑄鐵熱軋輥的使用壽命大幅延長(zhǎng)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展節(jié)約了資源。未來(lái)，表面強(qiáng)化技術(shù)的研究可以從以下幾個(gè)方面開展：

(1) 目前堆焊工藝相對(duì)粗糙，主要適用于低精度、低硬度的軋輥修復(fù)。堆焊技術(shù)未來(lái)應(yīng)主要致力于減少過程中產(chǎn)生的缺陷，開發(fā)更多新型組合焊絲，改善堆焊方法。運(yùn)用激光重熔等焊后處理技術(shù)來(lái)減少焊層的開裂脫落將是未來(lái)發(fā)展研究的主要方向。

(2) 熱噴涂涂層與基材之間主要以機(jī)械結(jié)合為主，適合修復(fù)載荷小的軋輥，夾雜、空隙、氧化等缺陷是熱噴涂技術(shù)亟需解決的問題。進(jìn)一步研究非晶納米涂層材料以及冷噴涂、爆炸噴涂等熱噴涂技術(shù)，與激光重熔技術(shù)融合應(yīng)該可以得到更好的涂層。

(3) 熱噴焊層與基材之間是冶金結(jié)合，其關(guān)鍵是尋找合適的硬質(zhì)增強(qiáng)相來(lái)提高硬度和強(qiáng)度，進(jìn)一步研究高硬度、高強(qiáng)度的軋輥修復(fù)。

激光表面重熔和激光相變硬化都是對(duì)基材表面進(jìn)行熱處理，不添加其他材料，主要是作為后處理工藝；激光熔覆和表面合金化工藝主要取決于工藝參數(shù)，借助計(jì)算機(jī)建模技術(shù)來(lái)尋找最優(yōu)工藝參數(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向。降低成本、提高能量利用率和避免偏析也是激光表面改性亟待解決的問題。