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环件轧制是一种高效优质的先进生产制造技术,具有生产成本、设备要求低、产品质量好、生产率高、节能节材等优点,常用于生产轴承环、齿轮环无缝环形零件,在许多工业领域日益得到广泛应用。冷轧芯辊是环轧设备上的关键部件和易损部件之一,冷轧芯辊寿命的长短也直接关系着生产效率和成本。除此之外,冷轧芯辊也对轧制件的质量和精度有着重要影响。因此,芯辊也是环轧工艺水平的象征之一。冷轧芯辊的失效方式主要是过早疲劳断裂。冷轧芯辊寿命的分布呈现出一定的规律性,即不是均匀分布在不同的寿命区域,而是大部分芯辊集中在较高寿命区域(大于8000次),少部分芯辊集中在较低寿命区域(1000-3000次)。本文以轧制GCr15轴承圈的高速钢W6Mo5Cr4V2冷轧芯辊为例,对不同寿命的断裂芯辊作了断裂分析。用扫描电镜和能谱仪对不同寿命的芯辊进行了断口形貌、疲劳源及表面缺陷比较和分析,检测了不同寿命芯辊的部分机械性能,得到的结论如下:(1) 高速钢W6Mo5Cr4V2冷轧芯辊在旋转弯曲疲劳的情况下,疲劳裂纹的萌生寿命是总寿命的主要部分。根据高速钢W6Mo5Cr4V2热处理后性能的不同,疲劳裂纹的萌生寿命占总寿命的70-90%:(2) 高速钢W6Mo5Cr4V2冷轧芯辊的断裂源多位于不同的类型表面缺陷,表面断裂源主要有:机械加工痕迹、非金属夹杂物、表面损伤、碳化物等;(3) 高速钢W6Mo5Cr4V2冷轧芯辊对疲劳源有很强的选择性,不同类型的断裂源导致冷轧芯辊疲劳寿命的不同;残余机械加工痕迹是过早疲劳断裂的主要原因,高寿命冷轧芯辊的断裂源多是表层或亚表层的各种碳化物缺陷,并且对碳化物缺陷导致的疲劳断裂进行了深入分析;对冷轧芯辊的受力情况用ANSYS软件进行了简化分析。结果表示,冷轧芯辊工作型槽表面受到的应力接近了高速钢W6Mo5Cr4V2的疲劳极限。在冷轧芯辊断裂分析和受力分析的基础上,为了找到合适的高速钢W6Mo5Cr4V2强韧性配合以便适合冷轧芯辊的工作要求,对高速钢W6Mo5Cr4V2做了不同的参数的热处理实验和显微组织的对比分析。经过生产现场的试用,结果表明,在表面硬度不低于HRC64的情况下,采取低温淬火改善高速钢W6Mo5Cr4v2的组织状况、增加高速钢W6Mo5Cr4V2的韧性,可以大幅度提高冷轧芯辊的疲劳寿命。实验芯辊的平均寿命接近了10000次,达到实验以前芯辊寿命的三倍,并且出现了若干寿命接近20000次的超高寿命芯辊。