книги из ГПНТБ / Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением учеб. пособие для студентов металлург. спец. вузов

составляла 45—47 единиц по Шору, что позволило использовать этот валок лишь в первой клети стана. Из стали 9X2 были изготов­ лены пробки, конструкция которых позволяет разместить внутри горячий спай термопары (рис. 7.12). Они были запрессованы в ва­ лок, после чего валок был направлен на шлифовку. Температуру валка измеряли хромель-копелевыми термопарами, расположенны­ ми на различном расстоянии от поверхности (от 1,5 до 200 мм). Провода от термопар через осевое отверстие были выведены в то­ рец валка, к фланцу; сюда же был прикреплен гибкий вал токо-

21

J0

te

т

0Л*Ь5°

Рис. 7.12. Конструкция пробок для монтажа термопар в теле валка на расстоянии /г=1,5; 5,5 и 10 мм от поверхности

съемника. Все провода защищали экранирующей оболочкой. Элек­ тродвижущую силу термопар снимали с медных колец щетками, соединенными попарно с регистрирующими гальванометрами и ос­ циллографом Н-700, предварительно протарированным в интервале от 20 до 200° С.

8мин.;

3)прокатка 10 рулонов того же сортамента по обычной техно­ логии, т. е. с эмульсией и на рабочей скорости (до 6 м/сек) ; продол­ жительность этого этапа 67 мин;

4)прокатка двух рулонов с толщины 3,8 до 3 мм ( | = 21%) на

скорости до 4 м/сек; этот период продолжался 23 мин; 5) охлаждение валка после извлечения из клети.

непрерывно регистрировали на рулоне фотобумаги, движущейся со скоростью 0,25 см/сек.

После обработки осциллограмм получили картину распределе­ ния температурных полей в валке в процессе эксплуатации. На рис. 7.13 показано изменение температуры по этапам на различном

330

логического процесса прокатки; кривые разогрева этих слоев не" имеют колебаний, характерных для поверхностных зон валі.а. Дз -

строена для момента, соответствующего концу обкатки, перед зада­ чей первого рулона в клеть. Валок еще не успел прогреться, макси­ мальная по сечению температура наблюдается на глубине 5—6 мм, т. е. там, где имеют место наибольшие значения максимальных ска­ лывающих напряжений. Это объясняется, по-видимому, тем, что циклически изменяющиеся напряжения могут быть причиной внут­ реннего тепловыделения. При точных расчетах температурных по­ лей это необходимо учитывать в виде дополнительного члена в уравнении теплопроводности.

332

кон радиального распределения температуры, что не характерно для приконтактной зоны. Следует иметь в виду, что это несоответ­ ствие должно усугубиться на последующих клетях, где силовые и температурные факторы проявляются более значительно.

После прокатки 14 рулонов (около 300 т) валок извлекли из клети и в течение суток продолжали замеры температуры. Резуль­ таты этих измерений представлены на рис. 7.15. Видно, что внут­ ренние слои продолжают нагреваться в течение 5 ч с момента вы­ валки, после чего температура всех слоев падает по экспоненциаль­ ному закону. Через 13—14 ч температурный перепад становится отрицательным, так как поверхностные слои к этому моменту име­ ют более низкую температуру. В это время может произойти рас­ крытие микротрещин, полученных за время эксплуатации в клети, так как внутренние, более нагретые слои, сжимаясь под действием более холодной «оболочки», вызывают в ней значительные растяги­ вающие напряжения. В прокатных цехах такие случаи наблюдались неоднократно.

Следует отметить, что для полного охлаждения после эксплуа­ тации валок перед перешлифовкой следует выдержать не менее двух суток; при преждевременной обработке валка можно нару­ шить профилировку.

4. АНАЛИЗ ДЕЙСТВУЮЩИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ВАЛКАХ

О с т а т о ч н ы е и т е п л о в ы е н а п р я ж е н и я в в а л к а х

Эксплуатационная стойкость валков зависит от уровня дейст­

напряжений, так как разрушению предшествуют хотя бы неболь­ шие пластические деформации. Остаточные изменения могут вызы­ ваться каждым из действующих напряжений в отдельности и при их наложении [169].

точном числе циклов нагружения образуются субмикроскопические трещины. Следовательно, роль действующих максимальных скалы­ вающих напряжений сводится к образованию субмикротрещин, а

Рентгеноструктурные исследования показали, что на поверхно­ сти разрушения вследствие локальной пластической деформации происходит превращение остаточного аустенита в мартенсит [202].

334

представляется весьма интересной, но, к сожалению, практическое осуществление этого метода крайне затруднено.

Тот факт, что определение поля остаточных напряжений по объему валка неизбежно связано с необходимостью его разруше­ ния, серьезно тормозит проведение подобных исследований приме­ нительно к крупногабаритным валкам. Так, для крупных валков до

жений — осевых, радиальных и тангенциальных. Однако, как отме­

многие факторы, влияющие на деформацию изделия в процессе тер­ мической обработки. В разработанных ранее аналитических оеше-

336

ниях не были учтены, например, зависимость некоторых теплофизических коэффициентов от температуры, скрытая теплота фазовых превращений; не было достаточно строгого учета явления «сверх­ пластичности», выражающегося в мгновенном локальном ослабле­ нии межатомных связей кристаллических решеток во время фазо­ вых превращений, что резко разупрочняет и повышает пластичность стали.

По методике Г. И. А к с е н о в а и Н. П. М о р о з о в а были рас­ считаны остаточные напряжения в рабочих валках из стали марки

обработки. По результатам расчета построены эпюры остаточных напряжений для различных случаев закалки (рис. 7.16—7.18) [169]. Анализ этих эпюр показывает, что наблюдаемый в валках, зака­ ленных ТПЧ с подогревом до 300° С, «пик» растягивающих танген­ циальных и осевых напряжений в подповерхностных слоях (в пере­ ходной зоне) значительно уменьшается в валках, закаленных с по­ догревом до 500° С. Следует ожидать, что увеличение подогрева будет «выравнивать» эпюру, снижая уровень ад . Видно, что чем вы­ ше температура подогрева внутренних слоев, тем более высокими прочностными свойствами обладают поверхностные слои валка.

К сожалению, до сих пор в литературе отсутствуют эксперимен­ тальные данные по температурным полям при закалке валков. По­ добные результаты могли бы позволить более квалифицированно наметить мероприятия по улучшению их качества.

337

Растягивающие тангенциальные и осевые напряжения на значи­ тельной глубине, как правило, невелики и не опасны для валков;

ных напряжений обнаруживается после низкотемпературного от­ пуска. Низкотемпературный отпуск (по данным М. В. Т а р а т о р и- н о й ) позволяет добиться существенного уменьшения пика опасных растягивающих тангенциальных напряжений ot (рис. 7.19, 7.20).

Рассмотрим механизм образования тепловых напряжений в вал­

ла в зоне упруго-пластического контакта, и при упругой деформа­ ции сжатия по контакту с опорным валком. Горячие наружные слои стремятся расшириться, а внутренние слои этому препятствуют. В результате в поверхностных слоях возникают сжимающие осевые и тангенциальные напряжения, а на поверхности осевого канала — растягивающие напряжения.

Как известно, прочность металла определяется эквивалентным напряжением. Для данного случая

где Or и at — радиальное и тангенциальное контактные напряжения, определяемые из теории силового контакта упругих тел.

Отсюда можно заключить, что эквивалентное напряжение не­ сколько снижается тогда, когда на поверхности валка действуют сжимающие тангенциальные (и осевые) напряжения. Надо выяс­ нить, при каких температурных полях это условие выполняется, а

338

при каких тангенциальные и осевые тепловые напряжения находят­ ся в области растяжения, повышая значение оЭ К в.

Для расчета напряжений в бочке валка Э. А. Г а р б е р о м было предложено применить формулы, справедливые для толстостенной трубы бесконечной длины. В уравнения, выведенные для этого слу­ чая, входят интегралы вида

\т{г)сіг,

о

где 7" (г) —некоторая функция радиального распределения темпе­ ратуры.

Из теории теплопередачи известно, что при установившихся ус­ ловиях теплообмена через цилиндрическую стенку распределение температур по сечению определяется логарифмическим законом:

2I n *

Вэтих условиях напряжения в валках определяются следующи­ ми выражениями:

у поверхности осевого канала:

Еа (Т2-Ті)

2 ( 1 — ѵ) In k

339