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

ха. При нагреве происходит также частичная цементация тонкого поверхностного слоя зуба. Все это в результате охлаждения обес­ печивает твердость дисков 380—440НВ. Срок службы упрочненных таким способом дисков достигает трех смен.

Меньшее распространение получил метод высокочастотной за­ калки дисков пил. Его применяют лишь на Серовском металлурги­ ческом комбинате. При применении этого способа стойкость дисков

через каждые 3 сек поворот диска на величину, равную шагу зуба. Этого времени вполне достаточно для нагрева зуба до 1000° С. Про­ должительность закалки одного диска составляет 10—12 мин. При разработке технологического процесса высокочастотной закалки для охлаждения дисков применяли различные среды: воздух, струю воды, струю сжатого воздуха, а также струю воздуха и воды. При закалке в воде наблюдались радиальные трещины и выкрашивание зубьев в процессе эксплуатации. Закалка на спокойном воздухе не обеспечивает необходимой твердости. Наилучшие результаты по стойкости были достигнуты при закалке зубьев сжатым воздухом с применением сопла малого диаметра. При этом стойкость дисков увеличилась примерно в 2 раза.

Скорость нагрева при высокочастотной закалке велика, вслед­ ствие чего поверхность зубьев остается чистой, без окалины. При нагреве пила не деформируется, поэтому ее можно направлять в эксплуатацию без дополнительной обработки сразу же после за­ калки. Это является важным преимуществом рассмотренного ме­ тода.

На металлургическом заводе им. Дзержинского используют дру­

При кислородно-ацетиленовой закалке в силу особенностей это­ го метода исключена возможность быстрого определения темпера­ туры нагрева. Необходимая температура обеспечивается соблюде­ нием экспериментально установленных параметров закалки: ско­ рости перемещения закаливаемой поверхности, расстояния от нако-

430

В центре образцов сверлили отверстие диаметром 30 мм. Получен­ ные образцы удовлетворительно имитировали реальные диски пил, применительно к которым проводили испытания.

Перед исследованием образцы всех сталей подвергали терми­ ческой обработке. Изучали влияние структурных состояний, сооб­ щенных образцам термической обработкой следующих видов: от­ жигом, газопламенной закалкой, газопламенной закалкой с после­ дующим отпуском при 600° С, высокочастотной закалкой, высокочастотной закалкой с последующим отпуском при 600° С. Кроме того.-изучали термостойкость образцов, зубья которых уп­ рочнялись электродно-контактным методом с помощью графитово­ го электрода. После завершения термической обработки образ­ цы в течение 20 сек нагревали в электрической печи с темпера­ турой 950° С, затем ,в течение 30 сек охлаждали в воде или на воздухе.

Распределение температуры в образцах в процессе испытания предварительно устанавливали на контрольных образцах по обыч­ ной методике. Были построены кривые изменения температуры по сечению образцов во времени при испытании по обоим режимам (охлаждение в воде и на воздухе). Благодаря этому в дальнейшем при серийных испытаниях на термическую усталость отпала необ­ ходимость в измерении температуры образцов — температуру в лю­ бой момент времени легко устанавливали по этим кривым в зави­

ми или на зубьях. Момент появления трещин устанавливали визу­ ально. Результаты испытания исследуемых сталей приведены на рис. 9.35. На рисунке приведены лишь средние результаты испы­ тания серии образцов. Разброс результатов отдельных испытаний достигал 20%.

На зубьях всех образцов после определенного числа циклов на­ грева и охлаждения образовывались мелкие трещины. В после­ дующем они развивались, образуя сетку разгара. Термостойкость исследованных сталей при охлаждении образцов в воде и на воз­ духе различается мало. Основное влияние на термостойкость ока­ зывает исходное структурное состояние материала. В отожженном состоянии все исследованные стали характеризуются максималь­ ной термостойкостью. Газопламенная и в меньшей степени высо­ кочастотная закалка резко уменьшают сопротивление термической усталости. По-видимому, при газопламенной закалке образцов на поверхности зубьев образуются микротрещины, являющиеся по­ тенциальными очагами возникновения трещин разгара. Возможно также, что возникшие в процессе закалки высокие напряжения, суммируясь с термическими и фазовыми напряжениями при испы­ таниях, способствуют возникновению трещин у основания зубьев.

432

Это усугубляется спецификой метастабильной структуры мартен­ сита.

Подобное объяснение подтверждается опытами. Действительно, из рис. 9.35 следует, что применение отпуска значительно повыша­ ет термостойкость. В большинстве случаев, особенно при высокочас-

2Q0r CL

100

»ZOO

200

100

ЩЩб\ іШШт\Шб і\г\ъ\Ш№\Ш

Рис. 9.35. Термостойкость сталей для дисков пил го­ рячей резки в исследованных структурных состоя­ ниях:

а — при охлаждении в процессе испытаний в воде; б — то же,

закалка+отпуск; 4 — высокочастотная закалка; 5 — высоко­ частотная закалка+отпуск; 6—• электродно-контактная за­ калка

тотной закалке образцов, термостойкость отпущенной стали имеет один порядок с термостойкостью отожженной стали. Термостой­ кость образцов, подвергнутых электродно-контактному упрочнению, относительно невелика и находится на уровне термостойкости закаленной стали. Поскольку в отожженном состоянии диски пил характеризуются низкими механическими свойствами (твердостью,

433

3. Р О Л И К И Р О Л Ь Г А Н Г О В

При горячей прокатке ролики рольгангов соприкасаются с ме­ таллом, температура которого достигает 800—1200° С. В результа­ те отдельные элементы рольгангов нагреваются до значительных температур. Температура разогрева определяется размерами про­ катываемого слитка, его температурой и продолжительностью кон­ такта между слитком и роликами. Особенно сильно разогреваются рольганги, на которых нагретый металл находится продолжитель­ ное время (рольганги у пил, у ножниц), а также рольганги, непо­ средственно принимающие слитки и заготовки, выходящие из на­ гревательных печей. Температура поверхности рабочих роликов здесь достигает 500—800° С. В зависимости от разогрева роликов, непосредственно соприкасающихся с раскаленным металлом, по­ вышается температура элементов рольгангов, удаленных от рабо­ чей поверхности: валов, цапф, зубчатых передач и др. Для сниже­ ния температуры участков, подвергающихся разогреву, применяют их охлаждение (в частности, охлаждают опоры и зубчатые пере­ дачи).

Значительный разогрев отдельных частей рольгангов может

чески или экспериментально. Расчеты распределения температуры в этом случае весьм-а затруднительны; здесь требуется учет ряда факторов, практически не поддающихся определению. В частности, учету подлежит тепло, передаваемое прокатываемым металлом че­ рез различные элементы ролика теплопроводностью, в то же время значительная часть тепла отводится излучением и конвекцией. Кро­ ме того, определенное количество тепла передается частям рольган­ га, не требующим определения температуры: раме, плитам, ограж­ дению и т. п. Поэтому аналитическое определение температуры за­ частую 'практически неосуществимо.

Авторами осуществлено экспериментальное определение темпе­ ратуры различных участков роликов рольганга блюминга непо­ средственным измерением в процессе подачи металла и прокатки на стане. Полученные результаты характеризуют динамику темпе­ ратурных изменений собственно рабочей части и сечения роликов, но не отвечают на вопрос о тепловом состоянии валов, цапф, зуб­ чатых передач и др. Помимо этого, полученные данные не мо­ гут быть экстраполированы на другие типы рольгангов. С этой точ­

построены номограммы, позволяющие определять характер рас­ пределения температур в процессе эксплуатации средних рольган­ гов с наружным диаметром ролика 300—400 мм, толщиной стенки до 30 мм, длиной бочки ролика 500—2200 мм и диаметром оси ролика 70—120 мм. Однако проблема измерения температуры эле-

436

ментов рольгангов еще окончательно не решена. Необходимо по­ добные номограммы построить для других эксплуатационных усло­ вий, учитывая зависимость температуры поверхности ролика от профиля транспортируемого проката, его температуры и относи­ тельной длительности контакта между роликом и прокатываемым металлом.

Большой практический интерес представляют процессы восста­ новления и повышения долговечности роликов рольгангов методом электродуговой механизированной наплавки, получившие в послед­ ние годы широкое распространение на отечественных металлурги­ ческих заводах [257, 258]. Как известно, конструкции роликов роль­ гангов на крупных металлургических заводах разнообразны. Длина их достигает 3500, диаметр 400 мм. Износ роликов обычно нерав­ номерен и составляет 10 мм и более.

Для восстановления роликов рольгангов на одном из заводов при участии авторов изготовлен специальный станок и разработа­ на технология механизированной электродуговой наплавки этих деталей. Станок состоит из передней и задней бабки. Крепление роликов осуществляют в центрах станка. Расстояние между цент­ рами 4500 мм, высота центров 400 мм. На суппорте станка крепит­ ся наплавочная головка типа А-384 с кассетой для проволоки. При­ вод станка осуществляется от электромотора через гидравличес­ кий вариатор, предназначенный для регулирования числа оборотов шпинделя в диапазоне, нужном для механизированной наплавки. Питание наплавочной установки производится от сварочного преоб­ разователя типа ПСМ-1000.

Подача флюса, прикрывающего сварочную дугу в процессе на­ плавки, полностью механизирована. В бункер наплавочной голов­ ки флюс подается при помощи механического элеватора, схема ко­ торого представлена на рис. 9.38. Элеваторное устройство состоит из кожуха 1, в который вмонтирована натяжная система 2 элева­ торной ленты 3. Привод ленты осуществляется от электромотора 4. Скорость перемещения ленты 1,7 м/сек. Отобранный и просеянный флюс через бункер возврата 5 поступает в нижнюю часть элевато­ ра 6. Сюда же подается свежий флюс. После включения элеватора ковши 7, прикрепленные к движущейся ленте, черпают флюс и транспортируют его в верхнюю часть установки. Здесь при перегибе элеваторной ленты ковши опрокидываются и флюс через течку про­ сыпается в бункер наплавочной головки.

Наплавку роликов рольгангов производят проволокой из стали марок 45 и ЗОХГСА; иногда используют порошковую проволоку марки ПП-ЗХ2В8 (или ЭИ701, обеспечивающую в наплавленном слое состав типа ЗХ2В8Ф). В редких случаях (при значительных тем­ пературах эксплуатации роликов) применяют аустенитную малоуг­

437

материалов следует уделять особо серьезное внимание, поскольку это отражается на износостойкости наплавленной детали. Макси­ мальная износостойкость при повышенных температурах обеспечи­ вается при наплавке проволокой, формирующей в наплавленном слое состав типа ЗХ2В8Ф. Особенно отчетливо это видно из рис. 9.39, на котором представлена износостойкость наплавленного металла

Рис. 9.38. Схема элеватора для транспортировки флю­ са в бункер наплавочного агрегата

типа ЗХ2В8Ф, Х20Н10Г6, 45 и ЗОХГСА в широком интервале повы­ шенных температур. Эти данные получены при испытании на уста­ новке конструкции ЦНИИТМАШа по известной методике [215,216]. При малом разогреве поверхности бочки хорошие результаты могут быть достигнуты за счет наплавки проволокой из стали марки ЗОХГСА с последующей поверхностной закалкой.

Как и обычно при механизированной электродуговой наплавке, технологический режим определяется следующими параметрами: скоростью перемещения наплавляемой детали, скоростью подачи электродной проволоки, ее диаметром, напряжением на дуге и сварочным током. Окружная скорость перемещения наплавляемой поверхности выбирается в зависимости от химического состава металла электродной проволоки и ее диаметра, производительности

438

станка и др. Однако эта скорость не зависит от диаметра наплав­ ляемого ролика.

Опыт показал, что при наплавке роликов целесообразно приме­ нять режимы, приведенные в табл. 9.5. Они обеспечивают устойчи­ вость сварочной дуги и высокое качество наплавленного слоя.

Толщина наплавленного слоя зависит от величины износа дета­ ли. Чем больше объем наплавленного металла, тем выше внутрен­

слоя особенно опасно при использовании легированной проволоки (ЗОХГСА, Х20Н10Г6, ПП-ЗХ2В8 и др.). Поэтому максимальная толщина наплавки не должна превышать 8—10 мм; этого достигают за 2—3 прохода. Исходя из этого, износ изделия в эксплуатации не должен превышать 8 мм.

Во избежание возникновения значительных термических напря­ жений ролики рольгангов, наплавленные легированной сталью, должны подвергаться замедленному охлаждению.

Иногда механизированную наплавку роликов рольгангов про­

МЕТом. Эти установки изготовляет Кадиевский машиностроитель­ ный завод.

Схема установки типа УМН-10 представлена на рис. 9.40 [259]. Наплавку на этой установке можно производить сплошной или по­ рошковой электродной проволокой, а при дополнительном укомп­ лектовании наплавочного аппарата специальными приставками — ленточным электродом или тремя электродами. В установке обычно используют наплавочные аппараты А-384 или А-663.

439